Brevet FR2526386A1 — publié le 19831110

Dans un véhicule ferroviaire, on utilise généra- lement une suspension primaire et une suspension secondaire. On entend par suspension primaire la suspension disposée entre les bottes d'essieux et le châssis du bogie Les bottes d'essieux portent des essieux montés et sont sou- mises aux forces d'accélération engendrées par les roues se déplaçant sur les rails Ces forces sont transmises par l'intermédiaire-de la suspension primaire aux longe- rons de châssis du bogie La suspension secondaire est la suspension disposée entre une traverse de charge soli- daire de la caisse du véhicule et le bogie et elle peut comprendre des ressorts pneumatiques ou mécaniques, par exemple L'invention concerne les suspensions primaires. On utilise actuellement, dans des véhicules ferroviaires, une suspension primaire qui comprend des anneaux dits de choc, en caoutchouc, ajustés entre la boite d'essieu et un longeron de châssis du bogie Les anneaux en caoutchouc utilisés sont comprimés et serrés entre les boîtes d'essieux et les longerons de châssis. Ces anneaux présentent très souvent des raideurs verticales et longitudinales importantes Une raideur verticale relativement élevée de la suspension primaire a pour résultat une atténuation très faible des accéléra- tions transmises par la roue au châssis du bogie La raideur longitudinale relativement élevée tend à maintenir la position des essieux ou l'empattement à l'intérieur du châssis du bogie, limitant ainsi la distance sur laquelle les essieux peuvent pivoter au passage des courbes. Bien que l'utilisation d'anneaux de caoutchouc se soit souvent avérée satisfaisante dans des suspensions primaires, elle présente l'inconvénient d'une déformation par compression et d'un vieillissement L'utilisation du caoutchouc dans la suspension exige généralement un rem- placement des éléments en caoutchouc, ce qui est indési- rable d'un point de vue d'entretien à long terme. Outre la limitation des niveaux d'accélération exercés dans un bogie, il est également souhaitable pour une suspension primaire de posséder une souplesse longi- tudinale suffisante pour permettre aux essieux du bogie de s'orienter automatiquement et de s'aligner d'eux-mêmes convenablement avec les rails, ce qui n'existe pas dans les systèmes dits sans ressort ou rigides. L'invention a pour objet une suspension perfec- tionnée pouvant présenter une souplesse verticale et une souplesse longitudinale afin de réduire les niveaux d'ac- célération appliqués aux équipements montés sur le bogie et de permettre une certaine orientation automatique des essieux équipant un bogie de chemin de fer L'invention a également pour objet une suspension perfectionnée destinée à un bogie de chemin de fer, suspension dans laquelle les raideurs relatives verticale et longitudinale peuvent être déterminées sélectivement par les dimensions des éléments de ressort L'invention a également pour objet un ressort mécanique perfectionné de suspension pouvant présenter des raideurs verticale et longitudinale choisies, ce ressort étant léger, d'une longue durée de vie et d'un faible entre- tien. L'invention concerne donc une suspension primaire souple dans les directions longitudinale et verticale, destinée à un véhicule ferroviaire qui comprend un bogie dont un longeron porte une botte d'essieu destinée à rece- voir une fusée d'essieu monté La suspension comprend une ou plusieurs lames de ressort Chaque lame de ressort est reliée par ses extrémités au longeron et elle comporte des tronçons horizontal, vertical et incurvé dont une partie repose sur la botte d'essieu et s'étend partiellement autour et au-dessous de la botte d'essieu. 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 partielle, avec coupe partielle, d'une suspension selon l'invention montée sur un bogie; la figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la figure 1; et la figure 4 est une vue en perspective de l'un des éléments de la suspension selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent certaines parties d'un bogie typique de chemin de fer Certains détails con- cernant de tels bogies sont classiques et ne sont donc pas décrits ni représentés Un bogie typique peut comporter des alvéoles à ressorts situés sur deux longerons de châssis qui supportent la suspension secondaire et des amortisseurs. Les longerons eux-mêmes peuvent être reliés entre eux par deux éléments tubulaires rectangulaires qui supportent des moteurs de traction Une traverse danseuse ou traverse de charge centrale transmet le poids du véhicule, à partir d'un pivot central vertical, aux extrémités supérieures des ressorts de la suspension secondaire et des amortis- seurs Les mouvements latéraux sont limités par des butées secondaires, des amortisseurs latéraux et des butées limi- tant la déformation du caoutchouc Les mouvements longitu- dinaux entre la traverse de charge et les longerons sont limités par des moyens convenables comportant généralement des éléments glissant verticalement Selon l'invention, les mouvements longitudinaux entre la traverse de charge et les longerons sont limités par un dispositif perfec- tionné à bra*s associé à chaque alvéole de ressort de sus- pension secondaire, comme décrit en détail ci-après. L'invention concerne principalement la suspen- sion primaire qui utilise une lame de ressort Un bogie comprend deux longerons 12 et 14 de châssis et une traverse danseuse ou traverse de charge 16 Cette dernière comporte deux sièges 18 et 20 qui reçoivent des ressorts mécaniques 22 et 24 et des amortisseurs 48 et 49, respec- tivement Les sièges de ressort 18 et 20 sont disposés à l'intérieur de la traverse 16 Deux sièges correspondants 19 et 21 sont disposés dans les longerons 12 et 14 du châssis, respectivement Les ressorts mécaniques 22 et 24 constituent des pièces de la suspension secondaire du bogie 10. Des boîtes d'essieux telles que la boite-d'essieu 26 représentée sur la figure-1 sont disposées à l'intérieur. du bogie afin de maintenir les essieux montés tels que. l'essieu monté 28 Les roues de ces essieux montés sont- disposées de façon à rouler sur des rails 32 et 34 Les figures 1 et 2 représentent divers autres éléments qui ne sont pas en rapport direct avec l'invention, mais qui peuvent être brièvement mentionnés Un dispositif 36 de freinage est fixé à un élément 38 au moyen de boulons 40 et au longeron 12 par des boulons 44 L'élément 38 est relié au longeron 12 Chaque bogie comporte généralement quatre de ces dispositifs de freinage Un tube rectangu- laire droit 42 s'étend d'un longeron à l'autre, sur toute la largeur du bogie Ce dernier comporte généralement deux de ces types, l'un situé en avant et l'autre en arrière de l'axe central du bogie Ces tubes passent à travers les faces intérieure et extérieure des longerons 12 et 14 afin d'être fixés rigidement Les tubes supportent également les boîtes de transmission et les moteurs utilisés pour entraîner les deux essieux. Un dispositif 46 comprend l'empilage de suspen- sion constitué par le siège 18 de ressort, l'amortisseur 48 et le ressort mécanique 22 Comme représenté sur la figure 2, les amortisseurs 48 et 49 des ressorts mécaniques 22 et 24 sont légèrement inclinés vers l'intérieur. Des éléments 50 et 51 de réaction longitudinale permettent la transmission longitudinale des forces de traction et de freinage à la traverse danseuse 16 Ces éléments ne réagissent pas aux composantes verticales et latérales de la charge Les éléments 50 et 51 de réaction longitudinale, comme décrit plus en détail ci-après, sont conçus de façon particulière afin de ne pas résister aux mouvements verticaux ou latéraux pour que les ressorts hélicoldaux et les butées en caoutchouc (non représentés), disposés en d'autres points dans le bogie, absorbent la charge Les forces de traction et de freinage doivent être transmises des longerons 12 et 14 de châssis à la traverse danseuse 16 afin de propulser ou de freiner le véhicule et, dans l'art antérieur, ceci est effectué au moyen d'une sur- face de glissement verticale qui est une surface d'usure et qui pose des problèmes d'entretien. Un dispositif 52 de déclenchement est relié à un élément 53 de liaison et fait saillie vers le bas d'un organe 54 de retenue de la botte d'essieu Bien que cela n'entre pas dans le cadre de l'invention, il est impor- tant que l'élément de déclenchement associé à l'essieu monté suive réellement les mouvements verticaux des roues et ne fasse pas partie de la suspension Le dispositif 52 fait partie l'un système de freinage automatique destiné à détecter une saillie particulière s'élevant de la voie et à déclencher une valve pour empêcher le train de dépas- ser un certain point Ceci peut faire partie du système de commande du train et ce dernier peut comporter des valves pneumatiques. La suspension primaire à laquelle l'invention a trait comprend un ressort à lames ou élément actif 56. Le ressort à lames 56 peut comporter un ou plusieurs élé- ments Dans la forme de réalisation représentée, le ressort 56 comporte deux lames à ressort 58 et 60 entre lesquelles est disposée une garniture d'usure 62 assurant un amortis- sement La garniture peut être constituée de "Nylon" ou de toute autre matière similaire convenable, ayant des caractéristiques d'usure et de frottement inférieures à celles des lames métalliques de ressorts Un ressort simple, bien qu'il puisse être utilisé, ne présente pas d'amortis- sement On peut également utiliser des ressorts à trois lames ou plus Cependant, ceci accroît inutilement la complexité de la fabrication de la suspension. Les lames de ressorts 58 et 60 ont la forme illustrée sur la figure 1 et sont constituées à partir de deux bandes continues en acier à ressort à haute résis- tance Dans cette forme, elles offrent une certaine sou- plesse dans les directions verticale et longitudinale pour établir les raideurs verticale et longitudinale de la suspension La raideur verticale est déterminée par la longueur des tronçons horizontaux des ressorts 64 et 66 et des tronçons courbés 68 et 72 La raideur longitudinale est déterminée par les tronçons verticaux 68 et 72 de la partie courbée du ressort Les lames 58 et 60, qui peuvent être considérées comme constituant un élément unique, com- prennent des tronçons horizontaux 64 et 66 Le ressort comporte également des tronçons verticaux 68 et 72, car il contourne la boîte d'essieu 26 Le tronçon vertical 71 et le tronçon supérieur 74 reposent sur la botte d'essieu 26. Le ressort à lames repose sur le dessus de la botte d'essieu 26 et il est fixé en position au moyen de l'élément 54 de retenue de la boite d'essieu, d'ane bride 76 et d'un ensemble comprenant un boulon 78. Dans la configuration représentée, la charge est répartie effectivement du longeron 12 du chassis du bogie sur la botte d'essieu 26 montée sur l'axe de l'essieu monté, par deux trajets supportant des charges égales Le premier trajet est formé par deux lames supérieures et incurvées vers le bas et l'autre trajet est formé par deux lames inférieures et incurvées vers le haut. Etant donné que les ensembles à ressorts à lames utilisés aux quatre angles du bogie sont similaires, seul l'ensemble situé à une extrémité du longeron 12 sera décrit, étant donné que l'agencement concernant l'autre extrémité du longeron 12 et les deux extrémités du longeron 14 est le même. Les deux extrémités 70 et 73 du ressort à lames 56 sont reliées au longeron 12 par 'intermédiaire d'élé- ments analogues 75 et 77 de liaison, l'un de ces éléments, à savoir l'élément 75, étant représenté en détail sur la figure 3 Les deux lames 58 et 60 du ressort et la garni- ture 62 sont bridées fermement dans un angle du longeron 12 par des coins 78 et 80 Ces coins 78 et 80 sont fixés à des boulons 82 et 84 Ils sont forcés par les boulons contre un bloc 81 de serrage et des parties du longeron 12 afin de fixer les lames 58 et 60 et la garniture 62 sur le longeron Les extrémités recourbées 70 et 73 des Lames de ressorts 58 et 60 empêchent le dégagement desdites lames dans le cas o les boulons de serrage se desserrent Une entretoise 86 est disposée entre les lames de ressort et le longeron 12. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, les valeurs particulières demandées pour la raideur sont de 5400 kg/cm dans la direction longitudinale et 1800 kg/cm dans la direction verticale Ce rapport de raideurs de 3:1 est obtenu par un dimensionnement propor- tionnel des diverses parties horizontales et verticales, y compris les boucles, des lames de ressort Les parties horizontales 64 et 66 reliées aux longerons donnent la souplesse verticale Les tronçons recourbés 68 et 72, situés en avant et en arrière de l'essieu, donnent la souplesse longitudinale En faisant varier la longueur de ces tronçons, on peut modifier le rapport de la souples- se verticale à la souplesse longitudinale. Dans la forme de réalisation représentée, une bande continue d'acier est utilisée pour chaque lame de ressort Dans certains cas, une bande continue d'acier peut être utilisée pour la totalité d'un côté d'un bogie, cette bande passant autour des boites d'essieux avant et arrière du bogie, sur un même côté Dans ce cas, le res- sort est relié au longeron du châssis du bogie, à proximité de son centre. Les lames de ressort peuvent varier en largeur et/ou en épaisseur pour conserver un effort de ressort relativement constant Un ressort typique peut avoir une largeur de 15 cm et près de 19 mm d'épaisseur L'épaisseur doit être plus grande aux points d'ancrage La largeur peut être réduite à environ 5 cm au-dessus de la boîte d'essieu, puis portée à 15 cm aux emplacements o des coudes serrés sont formés autour de la boîte d'essieu. La figure 4 représente en détail le dispositif de réaction longitudinale Deux bras 88 et 90 de forme en "A", reliés l'un à l'autre par une articulation 96, comprennent chacun deux prolongements ou branches qui sont reliés à des articulations 92 et 94, respectivement Les articulations 92 sont reliées aux extrémités inférieures de la coupelle 18 de ressort (figure 2) qui fait partie du longeron 12, et au bras 88 Le bras 90 est relié aux articulations 94 qui sont elles-mêmes reliées à la tra- verse de charge 16 (figure 2). Ce dispositif travaille d'une manière telle que la force longitudinale provenant du longeron 12 de châssis soit transmise par l'intermédiaire du logement 18 de res- sort aux articulations 92, s'élève par le bras inférieur 88, passe par l'articulation 96 et revienne par le second bras 90 aux articulations 94 situées sur la traverse 16. Ce dispositif ne s'oppose pas aux mouvements verticaux et latéraux ni aux mouvements de roulis, car les articulations 92, 96 et 94 travaillent en rotation et, de façon similaire, un mouvement latéral est autorisé par une rotation de ces articulations Cependant, lorsque les longerons du châssis tentent de se déplacer longitudinalement par rapport à la traverse danseuse, ils ne peuvent effectuer un tel mouve- ment, car l'em Patt Erent des roues aux articulations empêche tout mouvement relatif dans la direction longitudinale. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la suspension primaire décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICAT IONS 1 Suspension primaire pour véhicule ferroviaire comportant une botte d'essieu ( 26) logeant un essieu monté ( 28), et un longeron ( 12) de châssis de bogie, caractérisée en ce qu'elle comporte un ressort allongé ( 56) à lames relié par une extrémité ( 70) à la partie supérieure du lon- geron et par son extrémité opposée ( 73) à la partie infé- rieure du longeron, le ressort à lames comprenant plusieurs tronçons horizontaux ( 64, 66) et verticaux ( 68, 70) situés de part et -'autre de la boite d'essieu, et étant disposé de façon à reposer sur le dessus de la boite d'essieu et a ne pas passer sous la boite d'essieu. 2 Suspension primaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ressort comprend au moins deux lames ( 58, 60) de ressort entre lesquelles est disposée une garniture allongée ( 62) assurant un amortissement. 3 Suspension primaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que chacune des lames de ressort est constituée d'une bande continue en métal à haute résis- tance, présentant une certaine souplesse dans les direc- tions verticale et longitudinale afin d'établir les raideurs verticale et longitudinale de la suspension primaire. 4 Suspension primaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que les longueurs relatives des tronçons horizontaux et verticaux des lames de ressort déterminent le rapport de la raideur verticale à la raideur longitudi- nale de la suspension primaire. Suspension primaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que les tronçons horizontaux des lames de ressort comprennent des premières parties horizontales situées à un niveau supérieur à celui de la boîte d'essieu et des secondes parties horizontales situées à un niveau inférieur à celui de la boite d'essieu, les tronçons verti- caux comprenant des tronçons courbes ( 68, 72) situés de part et d'autre de la boite d'essieu. 6 Suspension primaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que les lames de ressort sont recourbées autour du dessus et de deux côtés de la boîte d'essieu, un élément ( 54) de retenue de la botte d'essieu étant monté au-dessous de cette dernière afin de retenir les lames de ressort en position autour de ladite boite d'essieu. 7 Suspension primaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que la longueur des tronçons horizontaux est trois fois supérieure à la longueur des tronçons verti- caux afin que le rapport de la raideur longitudinale à la raideur verticale soit de 3 à 1. 8 Suspension primaire selon la revendication 7, caractérisée en ce que les extrémités ( 70, 73) des ressorts à lames sont fixées au longeron de châssis par des dispo- sitifs ( 75, 77) de liaison comprenant des coins ( 78, 80) et des boulons ( 82, 84) de serrage, les extrémités des lames de ressort étant recourbées vers le haut pour que les ressorts ne se dégagent pas dans le cas d'un desserrage des boulons. 9 Suspension primaire selon la revendication 1, destinée à un bogie de chemin de fer comprenant un longeron ( 12) de châssis et une traverse ( 16) de charge destines A sup- porter la caisse d'un véhicule ferroviaire, caractérls$e en ce qu'elle comprend un dispositif de réaction ( 50 51) ayant deux bras ( 88, 90) articulés l'un sur l'autre, l'un ( 90) des deux bras étant articule sur la traverse ( 16) et l'autre ( 88) des deux bras étant articulé sur le longeron ( 12) de manière que les mouvements verticaux et latéraux et les mouvements de roulis de la traverse ( 16) par rapport au longeron ( 12) soient libres, mais que tout mouvement longitudinal entre la traverse ( 16) et le longeron ( 12) soit emptché. Suspension primaire selon la revendication 9, caractérisée en ce que les deux bras ( 88, 90) sont de forme en "A" et comprennent chacun deux prolongements, les prolonge- ments de l'un ( 90) des bras étant reliés à des poï ts d'arti- culation ( 94) situés sur la traverse de charge ( 16) et ceux de l'autre bras ( 88) étant reliés à des points d'articulation ( 92) situés sur le longeron ( 12).