Brevet FR2521510A1 — publié le 19830819

Un exemple de suspension primaire de type quelque peu analogue à celui auquel la présente'invention a trait est décrit dans la demande de brevet-des Etats- Unis d'Amérique N O 296 796, déposée le 27 août 1981 sous le titre Prinkry Suspension System for a Railway Car". On utilise actuellement, dans des véhicules ferroviaires, une suspension primaire comprenant des éléments de caoutchouc appelés anneaux de choc, ajustés autour des bottes d'essieux, entre ces dernières et les longerons du bogie Les anneaux de caoutchouc sont comprimés et serrés entre les bottes et les longerons. Par suite du montage utilisé, les raideurs présentées dans les directions verticale et longitudinale sont très grandes, de l'ordre d'environ 18 tonnes/cm. Une raideur verticale relativement grande des suspensions primaires a pour résultat une très faible atténuation des accélérations communiquées par la roue au châssis du bogie La raideur longitudinale relativement élevée tend à maintenir les positions des essieux ou l'empâtement des essieux à l'intérieur du châssis du bogie. Des essais ont montré qu'une diminution de la raideur verticale de la suspension primaire réduit les accélérations transmises par les roues au ch&ssis du bogie Ceci tend à accroître la durée de vie des équipe-' ments montés sur le bogie. Des essais ont également montré qu'une diminu- tion de la raideur longitudinale de la suspension primaire permet aux essieux montés sur le bogie de prendre une disposition plus radiale par rapport aux rails lors du passage en courbe Ceci réduit l'angle d'attaque des rails par les boudins de roues et, par conséquent, les forces latérales agissant sur les roues Il en résulte une diminution de l'usure des roues et des boudins et une plus longue durée de vie. La demande précitée décrit une suspension pri- maire comprenant des anneaux de caoutchouc disposés entre des boites d'essieux et les longerons d'un bogie de chemin de fer Les anneaux de caoutchouc comportent des parties découpées ou ouvertures liées à des bagues métalliques fendues intérieures et extérieures Les ouver- tures des anneaux confèrent une raideur relativement faible à la suspension. Bien que la suspension décrite dans la demande précitée donne satisfaction, il est parfois souhaitable de disposer d'une faible raideur jusqu'à un certain niveau et d'une raideur plus grande au-delà d'un certain niveau afin de réagir aux charges très élevées et de minimiser les déformations importantes en service Ceci est dû au fait que le caoutchouc ou l'élastomère présentant des ouvertures peut ne pas être capable de supporter les charges exercées Dans le même temps, il est souhaitable que les variations de raideur, passant d'une faible raideur à une raideur élevée, s'effectuent en douceur, sans changements brusques. L'invention a pour objet une suspension pri- maire perfectionnée destinée à un bogie de chemin de fer, suspension dans laquelle des raideurs différentes sont obtenues pour différentes charges. L'invention a également pour objet une suspen- sion primaire qui présente une grande flexibilité ou une raideur faible pour des charges relativement faibles et une faible flexibilité ou raideur élevée pour des charges relativement élevées, afin de limiter l'importance des déformations. L'invention a pour autre objet une suspension primaire qui présente une première raideur agissant indépendamment sous de faibles charges et une seconde raideur qui entre en action lorsque les charges dépassent des niveaux élevés prédéterminés, la transition entre les raideurs s'effectuant en douceur par une action de frottement plutôt que par l'utilisation de butées méca- niques dures. Conformément à la présente invention, une suspension primaire est disposée entre une boîte d'essieu et un longeron de bogie de véhicule ferroviaire afin de minimiser les forces d'accélération transmises d'un essieu monté à une caisse de véhicule ferroviaire et de minimiser les déformations importantes apparaissant dans le système Des ensembles supérieur et inférieur, formant un anneau, sont disposés de manière à être serrés autour de la botte d'essieu Les ensembles supérieur et inférieur comprennent chacun des éléments en élastomère qui présentent des cavités et qui sont liés à des paires de plaques métalliques extérieures disposées à proximité du longeron et de plaques métalliques intérieures en contact avec la botte d'essieu Les plaques extérieures comprennent des plaques primaires et secondaires disposées dans des plans différents Les plaques primaires présen- tent des zones ouvertes Les éléments en élastomère pré- sentent des évidements ménagés dans leurs bords périphé- riques extérieurs, en alignement avec les zones ouvertes des plaques primaires Les plaques métalliques secondaires sont disposées dans les évidements La suspension présente une première raideur jusqu'à une charge prédéterminée lorsque les plaques métalliques primaires extérieures sont en action, et une secondé raideur lorsque les plaques métalliques secondaires évidées entrent en action alors que les éléments en élastomère sont comprimés sous des charges plus élevées. 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, avec arrache- ment partiel, d'un détail d'un bogie de chemin de fer, cette vue illustrant une forme de réalisation de l'inven- tion; la figure 2 est une coupe partielle 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 la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 2. La présente invention peut être utilisée avec un bogie de chemin de fer classique Un tel bogie comprend généralement des longerons destinés à recevoir des essieux montés et conçus pour porter divers types d'équipements tels que des freins, des moteurs, des bottes de transmission et autres Ces bogies comprennent aussi, en général, des bottes d'essieux convenables destinées à recevoir les axes des essieux montés Les bottes d'essieux sont généra- lement reliées aux longerons du bogie par des suspensions primaires comprenant des anneaux de caoutchouc ou autres. Un seul système à essieu monté, botte d'essieu et suspension primaire est illustré sur la figure 1, étant entendu qu'un bogie classique comprend quatre ensembles analogues à essieux montés et quatre suspensions primaires. Un essieu monté comprend une roue 10 fixée sur un axe 12 Une botte d'essieu 14 est disposée autour de l'axe 12 L'essieu monté comprenant la roue 10 et l'axe 12 est relié à un longeron 16 de châssis Deux longerons reliés par une traverse danseuse ou une traverse de charge constituent souvent un bogie classique Divers autres éléments du bogie (non représentés) sont conçus pour le montage d'autres équipements tels que des disposi- tifs de freinage et autres appareillages analogues 18 n'entrant pas dans le cadre de l'invention Une suspension primaire 20 est disposée entre la botte d'essieu 14 et le longeron 16, cette suspension faisant l'objet de la présente invention. L'essieu monté, comprenant la roue 10 et l'axe 12, est assujetti au longeron 16 de chassis au moyen d'une bride 21 montée de façon à pouvoir pivoter sur un axe 23 La bride 21, après la mise'en place de l'essieu monté et de la suspension primaire 20, est amenée en position de verrouillage et maintenue fixée au châssis par des moyens 25 de verrouillage qui peuvent comprendre un ensemble classique à boulon à tête, rondelle et écrou de blocage Comme décrit ci-après, des éléments en élas- tomère de la suspension primaire sont comprimés, ces éléments étant conçus de manière que la suspension primaire 252151, soit centrée sous des charges statiques Ceci exige que les moitiés supérieure et inférieure constituant l'anneau de boîte possèdent différents degrés de flexibilité comme décrit ci-après. Comme représenté sur les figures 2, 3 et 4 ainsi que sur la figure 1, la suspension primaire 20 comprend des ensembles supérieur et inférieur 22 et 24 qui forment deux moitiés constituant une configuration en anneau entourant la botte d'essieu 14 et reliée au longeron 16 au moyen de la bride 21 Les ensembles 22 et 24 comprennent des éléments supérieur et inférieur 26 et 28 en élastomère dont les surfaces intérieures sont liées à des bâtis ou plaques métalliques intérieurs 30 et 32, respectivement, chacune de ces plaques comportant des bords qui en font saillie vers l'extérieur Deux pinces 34 et 36 sont fixées sur les bords en saillie, des plaques intérieures 30 et 32 pour maintenir les ensembles 22 et 24 à l'état assemblé afin de former l'anneau avant le montage sur le longeron. Les éléments supérieur et inférieur 26 et 28 en élastomère sont liés par leurs surfaces extérieures à des bâtis ou plaques métalliques primaires extérieures 38 et 40, respectivement Les plaques extérieures 38 et présentent des parties découpées ou zones ouvertes. Des zones ouvertes 42 et 44 sont ménagées dans la plaque primaire extérieure supérieure 38 alors que des zones ouvertes 46 et 48 sont ménagées dans la plaque primaire extérieure inférieure 40. Chacun des éléments 26 et 28 en élastomère présente des évidements dans son bord périphérique exté- rieur, ces évidements étant alignés avec les zones ouvertes des plaques extérieures 38 et 40 Des plaques extérieures secondaires supérieures 50 et 52, qui peuvent être consi- dérées comme des plaques ou éléments rapportés de butée, sont liées dans les évidements de l'élément supérieur 26 en élastomère Des plaques extérieures secondaires infé- rieures 54 et 56, qui peuvent âtre considérées comme des plaques ou des éléments rapportés de butée, sont fixées dans les évidements de l'élément inférieur 28 en élastomère. Les plaques extérieures primaires et secondaires sont situées dans des plans différents les unes par rapport aux autres de manière que les plaques primaires soient toujours en action lorsque les éléments en élastomère sont comprimés, les plaques secondaires, situées dans le plan intérieur, n'entrant en action que lorsque les éléments en élastomère sont comprimés au-delà de limites prédéter- minées. En plus des évidements, l'élément supérieur 26 en élastomère présente une cavité 58 et l'élément inférieur 28 en élastomère présente deux cavités 60 et 62 Deux gorges sont ménagées de part et d'autre de tous les élé- ments rapportés 50, 52, 54 et 56, une seule paire de ces gorges 64 et 66 étant illustrée sur la figure 2, sur les côtés opposés de l'élément rapporté 50 Ces cavités et gorges confèrent de la flexibilité aux éléments en élastomère afin de donner à la suspension de faibles raideurs sous des charges relativement légères. La plaque extérieure 38, à laquelle sont asso- ciées les plaques de butée 50 et 52, et la plaque exté- rieure 40, à laquelle sont associées les plaques de butée 46 et 48, peuvent être considérées comme des ensembles extérieurs à plaques multiples et assumant ensemble les fonctions de plaques extérieures et intérieures d'un seul bloc, utilisées jusqu'à présent dans des suspensions antérieures telles que celles décrites, par exemple, dans la demande précitée. Les plaques primaires extérieures 38 et 40 travaillent dans des plans différents de ceux des plaques secondaires 50, 52, 54 et 56 de butée, évidées vers l'in- térieur En cours de fonctionnement, sous des charges relativement faibles, les parties des éléments 26 ét 28 en élastomère situées entre les plaques intérieures et les plaques primaires extérieures sont comprimées Les plaques secondaires de butée situées dans les évidements des éléments en élastomère se déplacent dans les évide- ments et restent en fait inopérantes avant que les charges exercées dépassent des niveaux prédéterminés Les plaques secondaires de butée ne se déplacent sur la distance des évidements et n'entrent en action, en étant disposées dans le même plan que les plaques extérieures primaires, qu'après l'application de charges relativement élevées et la compression des éléments en élastomère au-delà de limites prédéterminées. En cours de fonctionnement, les forces d'accélé- ration engendrées dans la roue 10 provoquent une compression des éléments 26 et 28 en élastomère en fonction des charges correspondant à ces accélérations Lors de charges relativement faibles, seules les parties en élastomère comprises entre les plaques extérieures 38 et 40 et les plaques intérieures 30 et 32 agissent pour absorber les forces d'accélération Les évidements situés sur les pla- ques de butée 50, 52, 54 et 56 n'offrent aucune résistance et les parties en élastomère comprises entre les plaques de butée 50, 52, 54 et 56 et les plaques intérieures 30 et 32 ne produisent donc aucune action lors d'accélérations sous faible charge communiquées à la roue 10. Lors de charges élevées, certaines des plaques extérieures primaires et secondaires se placent dans le m Ome plan, la totalité de l'élastomère compris entre ces plaques extérieures et les plaques intérieures 30 et 32 entrant alors en action On obtient ainsi une raideur élevée et une diminution du risque de déformations impor- tantes du système. La cavité 58 de l'élément 26 et les cavités et 62 de l'élément 28 déterminent la raideur verticale de la suspension La cavité unique située à la partie supérieure détermine la raideur verticale et les deux cavités inférieures déterminent les taux de rebondisse- ment, par exemple lors du serrage des freins Ces cavités apportent de la souplesse au système de ressorts Dans la demande précitée, plusieurs ouvertures ou évidements sont ménagés dans l'anneau d'élastomère pour apporter cette souplesse. Le nombre différent de cavités situées à la partie supérieure et à la partie inférieure de l'anneau en élastomère rend possible de concevoir la suspension de manière que les deux demi-éléments en élastomère forment un anneau circulaire après leur serrage sur le longeron de châssis Avant d'être fixés, les éléments 26 et 28 ne sont pas concentriques l'un à l'autre Lors du serrage, les éléments 26 et 28 en élastomère sont préchargés de manière que les deux demi-éléments en élastomère soient soumis aux mêmes degrés de compression sous une charge statique pour que le point de fonctionnement initial du système se trouve au centre de l'anneau formé par les éléments 26 et 28 en élastomère Il est possible de ménager dans les éléments supérieur et inférieur en élastomère des cavités de dimensions différentes afin que l'on obtienne les faibles raideurs souhaitées, suivant le chargement du véhicule concerné, les rebondissements de freinage ayant lieu en service et d'autres considérations de conception. Fondamentalement, la suspension primaire selon l'invention présente différents niveaux de fonctionnement. A cet effet, l'élément extérieur de l'anneau est constitué de plusieurs pièces disposées dans des plans différents sur les éléments en élastomère. La suspension présente une séparation entre la partie souple des ressorts en élastomère et la partie dure La partie souple travaille jusqu'à ce que les plaques extérieures secondaires talonnent, point auquel les plaques extérieures primaires et secondaires entrent en action. La transition d'une faible raideur à une forte raideur a lieu en douceur, en utilisant un effet de frottement Ceci constitue un avantage par rapport à l'utilisation d'une butée ou d'une barre mécanique qui ne permet pas le passage en douceur d'une raideur à l'autre. REVENDICATIONS 1 Suspension primaire fixée sur un longeron ( 16) de bogie de chemin de fer, entre une botte d'essieu ( 14) d'un essieu monté destiné à tourner dans cette botte et ledit longeron, caractérisée en ce qu'elle comporte des ensembles supérieur et inférieur ( 22, 24) formant un anneau destiné à s'ajuster autour de la botte d'essieu pour minimiser les forces transmises de l'essieu monté au longeron, chacun de ces ensembles supérieur et infé- rieur comprenant des éléments ( 26, 28) en élastomère liés à despaires de plaques intérieures et extérieures ( 30, 32; 38, 40), les plaques extérieures comprenant des plaques primaires et secondaires ( 38, 40; 50, 52, 54, 56), les plaques primaires présentant des ouvertures ( 42, 44; 46, 48), les éléments en élastomère présentant des évide- ments ménagés dans leurs bords périphériques extérieurs, en alignement avec les ouvertures des plaques primaires, les plaques secondaires étant disposées dans les évide- ments des éléments en élastomère, dans des plans différents de ceux des plaques primaires, de manière que ladite suspension présente une première raideur jusqu'à une charge prédéterminée des éléments en élastomère, lorsque les plaques extérieures secondaires ne travaillent pas, et une seconde raideur, supérieure à la précédente, lorsque les plaques métalliques secondaires entrent en action alors que certains des éléments en élastomère sont compri- més au-delà de limites prédéterminées sous l'effet de charges élevées. 2 Suspension primaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que des cavités ( 58, 60, 62) sont ménagées dans chacun des éléments en élastomère. 3 Suspension primaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que deux gorges ( 64, 66) sont ménagées dans chacun des éléments en élastomère, de part et d'autre des plaques secondaires. 4 Suspension primaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que les plaques intérieures ( 30, 32) comportent des bords en saillie, deux pinces ( 34, 36) étant fixées sur lesdits bords en saillie afin de fixer l'uh à l'autre les ensembles supérieur et inférieur. Suspension primaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que chacune des plaques primaires extérieures présente plusieurs ouvertures alignées avec plusieurs évidements des éléments en élastomère dans chacun desquels une plaque secondaire est logée.