Brevet FR2512763A1 — publié le 19830318

Suspensions de voitures de chemin de fer au moyen de ressorts héli coldaux asymétriques. La présente invention concerne des suspensions de voitures de chemin de fer au moyen de ressorts hélicoidaux asymétriques. Les véhicules roulants, guides par une voie ferrée, supportent des efforts dynamiques d'autant plus intenses que la vitesse est plus grande. Le confort des voyageurs, aux grandes vitesses, impose une suspension des véhicules ayant une certaine flexibilité verticale et une certaine flexibilité horizontale Avec des flexibirités trop faibles, les chocs sont ressentis durement par les voyageurs. Avec les flexibilités trop grandes le véhicule prend un mouvement de balancement désagréable que l'on est obligé de limiter par des butées qui provoquent des chocs également désagréables. Une solution générale à ce problème consiste à poser les véhicules sur des ressorts hélicoïdaux de compression disposés verticalement entre la caisse du véhicule et le bogie. Hais de tels ressorts doivent être soigneusement choisis pour assurer à la fois la flexibilité verticale et la flexibilité transversale, en tenant compte des contacts entre spires qui varient en Zonctlon des mouvements latéraux du véhicule. Les ressorts généralement utilisés comportent un certain nombre de spires enroulées à grand pas et appelees spires actives, et, à chaque extrémité, une spire à pas réduit appelee spire morte, qui est dressée selon un plan perpendiculaire d l'axe longitudinal d'enroulement du ressort pour former la face d'appui sur la caisse du véhicule à l'extrémité supérieure et sur le bogie à l'extrémité inférieure. L'autre face de chaque spire morte est une rampe hélicoidale avec laquelle une partie de la spire active la plus proche est en contact. Les mouvements d'oscillations latéraux des véhicules ainsi suspendus entraînent les ressorts dans des oscillations qui augmentent et diminuent alternativement la longueur du contact entre la spire morte et la spire active voisine. Cette variation de contact fait varier la flexibilité latérale du ressort, freine les oscillations de l'ensemble et évite le contact avec les butées. Malheureusement, la pression au contact des spires entre elles est très élevée le revêtement qui les protège de la corrosion y est à dure épreuve, surtout à la partie inférieure des ressorts souvent couverte de saletés qui s'y déposent. Après quelques années de service, la plupart des ressort cassent dans cette zone. Pour éviter ces ruptures, il a été proposé d'utiliser des ressorts hélicoïdaux dont les spires d'extrémités (spires mortes) ont des diamètres différents du diamètre des spires actives. On trouve ainsi des ressorts hélicoïdaux ayant des spires d'extrémités enroulées sur un diamètre plus grand que celui des spires actives et des ressorts hélicoïdaux ayant des spires d'extrémités enroulées sur un diamètre plus petit que celui des spires actives. Si on arrive ainsi à supprimer les contacts entre les spires mortes et les spires actives, les ressorts de ce type se sont révélés instables et ont une flexibilité latérale inadaptée. La présente invention remédie à ces inconvénients grâce à l'utilisation de ressorts asymétriques montés verticalement par couples entre le bogie et la caisse, chaque ressort comportant une spire morte inférieure en volute rentrante et une spire morte supérieure de meme diamètre que les spires actives, chaque couplede ressort étant disposé de façon que le pian vertical passant par l'axe desdits ressorts soit perpendiculaire au sens de déplacement du véhicule (donc parallèle à l'axe des essieux sur lesquels le bogie est monté), que ce plan coupe les faces extremes planes de chaque spire morte des deux ressorts suivants deux portions de droites et que les extrémités des volutes rentrantes des deux ressorts se trouvent en regard l'une de l'autre vers la partie centrale du bogie ou opposées l'une à l'autre. Les ressorts asymétriques utilisables selon l'inven- tion sont donc essentiellement caractérisés en ce qu'unie de leurs extrémités est formée par une "volute rentrante", c'est-à-dire par une portion de spirale de rayon de-courbure inférieure au rayon de courbure des spires actives, ladite portion, formant la spire morte, s'étendant sur au moins un demi-tour et présentant, à son extrémité, une face plane lui permettant de s'appuyer sur une surface d'appui également plane. Généralement, la volute rentrante est formée d'une portion de spire de rayon de courbure décroissant de façon continue. On peut faire varier la flexibilité latérale d'un ressort donné en modifiant la forme de cette "spirale rentrante". Par contre, l'autre extrémité des ressorts asymétriques utilisables selon l'invention est constituée dtune spire morte ayant le même diamètre que celui des spires actives. Cette spire morte présente seulement les deux caractéristiques suivantes son angle d'inclinaison est réduit par rapport à l'angle diinclinai- son des spires actives (l'angle d'inclin?.ison étant défini comme l'angle fait par une droite tangente à la spire en un point et ayant la même inclinaison que cette spire et un plan perpendiculaire à l'axe du ressort et passant par ce point) et sa face extrême forme une face plane. L'angle d'inclinaison de cette spire morte doit être tel que l'extrémité de la spire s'étendant sur au moins une demicirconférence forme effectivement un plan. La position des spires mortes formant les deux extrémités des ressorts hélicoïdaux asymétriques, l'un par rapport à l'autre, doit etre telle qu'un même plan passant par l'axe du ressort puisse couper sur les faces extrêmes de ces spires quatre portions de droites résultant de l'intersection dudit plan passant par l'axe et des deux plans perpendiculaires formés par les faces extrêmes de ces spires. Les ressorts hélicoïdaux doivent être montés par couples entre le bogie et la caisse du wagon. Chaque couple de ressorts est disposé de façon que le plan vertical passant par l'axe des deux ressorts soit penpendiculaire au sens du déplacement du véhicule. De plus, les ressorts sont disposés de façon que leurs spires mortes inférieures (volutes rentrantes) soient faoe à face ou opposees. La disposition de ces ressorts sur le véhicule assure la flexibilité latérale correcte du véhicule. La spire morte infé- rieure ("volute rentrante"), par sa plus grande raideur, empêche la déformation excessive des spires voisines et évite ainsi tout contact de ces spires entre elles. Par contre, sous les oscillations latérales du véhicule, des contacts se produisent entre les spires supérieures du ressort; ils en limitent les oscillations, le reve- tement de protection y est aplati, mais les surfaces y étant naturel- lement propres il n'y a pas de détérioration et on n'enregistre pas de ruptures. L'exemple non limitatif suivant illustre l'invention. - La figure 1 est une vue de dessous d'un ressort utilisé dans la suspension conforme à l'invention. - La figure 2 est une vue en coupe selon le plan AA de la figure 1. - La figure 3 est une vue de profil d'un bogie de voiture de chemin de fer suspendue selon l'invention. - La figure 4 est une vue de dessus du bogie de la figure 3 en coupe suivant BB. On décrira tout d'abord le ressort illustré sur les figures 1 et 2. Le ressort R conforme à l'invention comprend un corpsl composé de plusieurs spires de fil métallique de diamètre d, enroulées en hélice à diamètre D d'enroulement constant et angle a d'inclinaison d'hélice constant, se raccordant à chacune des deux extrémités sur une spire morte à pas réduit 2, 7. La spire morte supérieure 2 concentrique au corps 1 a le même diamètre D d'enroulement que le corps 1, mais un angle d'inclinaison réduit, de façon à avoir à l'extrémité 3 une-face 4 accolée à la spire voisine 5. Cette dernière étant une spire de raccordement entre la spire morte 2 et le corps 1, son inclinaison varie de l'angle a à l'angle d'inclinaison réduit de la spire morte 2. L'autre face 6 de la spire morte 2 est dressée selon un plan perpendiculaire à l'axe Y Y-' du ressort. La spire morte inférieure 7 est formée par une'volute rentrante", c' est-à-dire qu'elle présente un diamètre d'enroulement D1 plus petit que le diamètre D du corps 1. Une de ses faces forme une surface 8 plane sur plus dlune demi-spire et cette surface 8 est située dans un plan perpendiculaire à l'axe Y Y' du ressort. La spire morte 7 fait moins d'un tour et se raccorde au corps 1 par une portion de spire 9 en volute incline sur l'axe Y Y' avec un angle croissant depuis O jusque l'angle a du corps 1. Les faces planes 6 et 8 des spires mortes 2 et 7, perpendiculaires à l'axe Y Y', sont les faces d'appui du ressort. Elles sont orientées de telle sorte que le plan de coupe A A coupe chacune d'elles selon deux segments de droite 10, 11 et 12, 13 diamétralement opposés. Quand on comprime le ressort R entre deux plateaux appliqués aux faces planes 6 et 8, les spires du corps 1 fléchissent, leur angle a d'inclinaison diminue, le contact 14 entre la face 4 de l'extrémité 3 de la spire morte 2 et la spire de raccordement 5 s'allonge progressivement. La portion de spiré 9 en volute, nettement plus raide, se déforme faiblement, son inclinaison varie peu, aucun contact de cette spire 9, ni de la spire morte 7 ne s'établit avec les autres spires du ressort. Quand on fléchit le ressort latéralement par une force F située dans le plan latéral XX' (qui se confond ici avec le plan de coupe AA), on trouve une flexibilité un peu plus élevée que celle d'un ressort classique; les contacts qui s'établissent entre la spire morte 2 et la spire active 5 limitent les mouvements latéraux du ressort. On constate, par contre, qu'un effort exercé dans un plan vertical qui ne coupe pas les surfaces extrêmes dressées de chacune des deux spires mortes selon deux portions de droites conduit à une flexibilité latérale du ressort plus faible. L'utilisation des ressorts décrits ci-dessus comme suspension de voitures de voyageurs est illustrée sur les figures 3 et 4. Sur ces figures, on a représenté - en 15 le bogie porté par deux essieux 16, - en 17 un élément de caisse (se présentant en coupe sur la figure 4), - en 18 et 19 les deux ressorts asymétriques montés en couples. Ces deux ressorts sont montés verticalement (puisque le bogie est en principe en position horizontale) dans des logements 20 prévus à cet effet et solidaires soit du bogie soit de la caisse. Compte tenu de la forme plane des extrémités des ressorts et du fond des logements 20, il y a contact parfait entre ces sur faces. Le plan vertical passant par l'axe des deux ressort (XX') est ainsi parallèle à l'axe des essieux et perpendiculaire au sens de déplacement du bogie. La "volute rentrante" 21 qui forme la spire morte inférieure de chaque ressort est en regard de la volute du ressort auquel il est accouplé, ou alors ces deux volutes sont opposées (traits interrompus de la figure 4). Ainsi, les mouvements latéraux du véhicule sont conditionnés par la meilleure flexibilité latérale des ressorts dans le plan XX'. Dans les autres directions, la flexibilité est moindre, ce qui est favorable à la stabilité et à la bonne marche du véhicule. REVENDICATION Suspension de voiture de chemin de fer sur bogies, caractérisée en ce que a) elle comporte au moins, pour chaque bogie, deux ressorts héli coïdaux asymétriques (18, 19), chaque ressort hélicoïdal étant formé de spires actives enroulées en hélice et terminées, d'une part, d'une spire morte (7) en volute rentrante et, d'autre part, d'une spire morte (2) de même rayon de courbure que celui des spires actives, chaque spire morte s'étendant sur au moins un demi-tour et étant terminée par une surface plane; b) lesdits ressort sont montés verticalement en couple, la volute rentrante (21) formant la partie inférieure de chaque ressort le plan vertical (XX') formé par l'axe desdits ressorts étant perpendiculaire au sens de déplacement des véhicules, coupant les faces extrêmes planes de chaque spire morte suivant deux portions de droites et les volutes rentrantes des deux ressorts étant en regard l'une de l'autre ou opposées.