Brevet FR2530567A1 — publié le 19840127

Bogie à essieux orientables pour véhicules ferroviaires. La présente invention concerne un bogie pour véhi- cule ferroviaire, et notamment pour véhicule ferroviaire urbain. -Dans un bogie classique à deux essieux, l'écarte- ment entre:les deux essieux, ou empattement,est couramment d'environ 1,80 m à 2,30 m Lorsqu'un véhicule équipé d'un tel bogie franchit des courbes à faible rayon, par exemple de l'ordre de 100 à 300 mètres, les deux essieux ont, par rapport à la voie, une position angulaire qui est éloignée de la position radiale idéale Il s'ensuit des frottements et grincements importants entraînant une usure appréciable des boudins de roues et des rails Dans le cas des trans- ports urbains, le rayon des courbes peut descendre jusqu'à 30 mètres, ce qui accroit encore les inconvénients ci- dessus. On a déjà proposé de réaliser des bogies dans les- quels chaque essieu est monté pivotant autour d'un axe ver- tical, par rapport au châssis du bogie, de façon que, dans les courbes, chaque essieu puisse prendre une orientation sensiblement suivant le rayon de la courbe franchie. Sur ces bogies à essieux pivotants, chaque essieu pouvait être: soit monté librement pivotant, et, dans ce cas, il devrait s'auto-orienter par réaction des roues sur la voie en courbe; soit raccordé mécaniquement à la caisse du véhicule par une tringlerie de direction qui orientait l'essieu en fonction de l'angle de pivotement du châssis du bogie par rapport à la caisse, dans les passages en courbe. Cependant ces solutions n'ont pas connu de dévelop- pement pratique, d'une part du fait de la complication de la construction du bogie pour rendre les essieux pivotants et, d'autre part, du fait qu'à partir d'une certaine vites- se il était difficile de maîtriser l'orientation des es- sieux, ce qui pouvait donner lieu à des mouvements de lacet nuisibles-des essieux et de l'ensemble du bogie. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un bogie à essieux orientables qui est de construction simple, qui 2 2530567 procure l'orientation radiale convenable des essieux en courbe, et qui présente la même tenue contre les mouve- ments de lacets qu'un bogie à essieux fixes. L'invention a pour objet un bogie du type qui com- prend un châssis de bogie et deux essieux reliés au châs- sis par des organes élastiques de suspension primaire et par des bielles de guidage sensiblement horizontales dont chacune a une extrémité articulée sur le châssis et l'autre extrémité reliée à une boîte d'essieu Suivant l'invention, au moins une bielle de chaque essieu estune bielle télesco- pique commandée à longueur variable constituée par un vérin hydraulique à double effet dont l'un des organes, le cylindre du vérin ou bien le piston séparant le cylindre en deux chambres, est attelé au châssis, tandis que l'autre organe est attelé à la boîte d'essieu; un circuit hydrauli- que, comportant un organe de commutation, établit sélective- ment l'alimentation, la purge et l'isolement des deux cham- bres du vérin; et des moyens de commande, entrant-en ac- tion en réponse aux courbes de la voie sur laquelle roule le bogie, actionnant l'organe de commutation précité. De préférence, un mécanisme de verrouillage libéra- ble est prévu pour bloquer chaque vérin dans sa position moyenne, correspondant à la position des essieux perpendi- culaires à l'axe longitudinal du bogie. Suivant le mode de réalisation préféré,pour un même essieu, chaque boîte d'essieu est reliée au châssis par une bielle télescopique à longueur commandée, l'une des bielles s'allongeant tandis que l'autre se raccourcit, et vice-versa. Il apparaît déjà, d'après ce qui précède que la construction d'un tel bogie est simple puisqu'elle évite la présence d'un axe de pivotement réel de l'essieu, le pivotement se faisant autour d'un axe vertical imaginaire. Les moyens de commande précités peuvent comprendre des balises au sol qui transmettent, aux organes de commuta- tion portés par le bogie, des informations sur le sens et le rayon de la courbe sur laquelle s'engage le véhicule. En variante, ces moyens de commande peuvent comprendre des moyens de détection de l'orientation du bogie par rapport à la caisse, l'information fournie par ces moyens de détection étant transmise aux organes de commutation pour provoquer une modification de la longueur des bielles hydrauliques, c'est-à-dire une modification de la position des boites d'essieux. Quelle que soit l'orientation prise par les essieux par rapport au châssis, la rigidité de cette orientation est, toujours assurêe, hydrauliquement, par les vérins De plus, cette rigidité peut être assurée par le mécanisme de verrouillage qui bloque ces vérins en position moyenne, en l'absence d'une information signalant une courbe On réali- se ainsi un bogie qui a les mêmes caractéristiques de tenue en lacet qu'un bogie classique à essieux fixes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples lion limitatifs, plusieurs modes de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue -de côté d'un bogie suivant l'invention. La figure 2 est une vue en plan du même bogie. La figure 3 est une représentation simplifiée d'un circuit hydraulique de commande des vérins. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une bielle télescopique avec mécanisme de verrouillage en position moyenne. Le bogie représenté sur les figures 1 et 2 est du type connu dit "à suspension primaire à bielles de guidage". Les deux essieux 2, 4, qui portent les roues 6 rou- lant sur la voie 7, ont leurs extrémités montées dans des boites d'essieux 8, 8 ', 10, 10 ' Les boîtes d'essieux sont reliées au châssis 12 du bogie par une suspension primaire comprenant des organes élastiques, tels que des ressorts 14, et des "bielles de guidage" sensiblement horizontales 16, 16 ', 18, 18 ' Les bielles'ont une extrémité 20-articu- lée par une articulation élastique ("silent-block") 22 sur le châssis 12 et ont leur autre extrémité 24 fixée à la boite d'essieux correspondante 8,'8 ', 10, 10 ' Les bielles assurent le maintien longitudinal et latéral des essieux par rapport au châssis. La suspension secondaire, entre le châssis 12 et la caisse 26 du véhicule peut être d'un type quelconque et ne fait pas partie de l'invention On a représenté à titre d'exemple suri-les figures 1 et-2 une suspension secondaire à berceau pendulaire 28 et traverse de charge 30, avec in- terposition d'ensembles élastiques 32 Une suspension secon- daire de ce genre a été décrite dans le brevet français No 2 227 163, au nom de A N F Frangeco. Dans un bogie classique "à bielles de guidage" tel que celui qui vient d'être décrit, les bielles sont des or- ganes ayant une longueur fixe bien déterminée. Conformément à la présente invention, les bielles 16, 16 ', 18, 18 ' sont des bielles à longueur variable com- mandée, constituées chacune par un vérin hydraulique à dou- ble effet, comme il est représenté en coupe pour la bielle 18 sur la figure 1. Si on alimente l'une ou l'autre des chambres 34, 36 des vérins 18 en liquide sous pression, on raccourcit ou on allonge la bielle télescopique, ce qui fait varier la position de la boîte d'-essieu correspondante 8, 10 par rap- port au chassis 12 du bogie. Sur chaque essieu, on pourrait prévoir une seule des boîtes d'essieux commandée par une bielle télescopique, l'autre ayant une position fixe Mais pour des raisons de symétrie et pour limiter la course des vérins, il est pré- férable, comme il est représenté sur les figures 1, 2 et 3, de disposer une bielle télescopique de chaque côté de 1 'essieu Bien entendu, pour chaque essieu, les deux vé- rins-( 16, 16 ') ou ( 18, 18 ') sont alimentés en sens inverse, l'un s'allongeant lorsque l'autre se raccourcit Il en ré- sulte que les essieux 2 et 4 peuvent pivoter respectivement autour d'axes verticaux imaginaires C-C' (figure 2), sans nécessiter d'axes de pivotement réels. On a représenté de façon simplifiée sur la figure 3 un système de commande des quatre bielles télescopiques d'un bogie suivant l'invention Ce système de commande 2530567 comprend un circuit hydraulique 38 qui relie de façon appro- priée les chambres 34, 36 des vérins 16, 16 ', 18, 18 ' et qui est commandé par un organe de commutation hydraulique tel qu'une électrovalve à tiroir, ou distributeur, à trois positions 40 actionnée par un actuateur 42 Le circuit hy- draulique 38, qui est porté par le châssis du bogie, com- prend de façon classique une pompe P, un accumulateur 44 et un réservoir basse pression 46, ainsi que les accessoires usuels non représentés, tels que des manostats, soupapes de sécurité, etc. Le fonctionnement de ce circuit hydraulique est suffisamment clair pour qu'il suffise d'indiquer que, dans la position intermédiaire représentée de la valve 40, les chambres 34, 36 des quatre vérins sont isolées, ce qui blo- que hydrauliquement les pistons 48 des vérins et maintient les essieux 2 et 4 à l'orientation qu'ils ont prise Lors- que le tiroir de la valve 40 est déplacé d'un côté ou de l'autre, les chambres 34, 36 des vérins sont ou bien ali- mentées en fluide sous pression ou bien mises à la purge, ce qui provoque le pivotement en sens inverse des deux essieux 2 et 4, pour orienter ces essieux sensiblement sui- vant le rayon de la courbe parcourue. L'actuateur 42 de la valve 40 est commandé par des moyens de commande entrant en action en réponse aux courbes de la voie sur laquelle roule le bogie. Suivant une première forme de réalisation, ces moyens de commande peuvent comprendre des balises 50, 50 ' montées au sol au voisinage de la voie 7. Aux entrées de courbe, une ou plusieurs balises 50 émet un signal, par exemple sous forme électromagnétique ou haute fréquence, représentatif du rayon de la courbe et de son sens par rapport à la circulation du train. Ce signal est recueilli par un circuit récepteur et de traitement 52 (figure 3), porté par le bogie ou la caisse du véhicule, qui transmet, par la liaison 54, l'or- dre de commande nécessaire à l'actuateur 42 pour amener les essieux 2, 4 à l'orientation convenable dépendant du rayon de la courbe et de son sens Un détecteur de position 6 2530567 des essieux (non représenté) commande le retour de la valve en position neutre lorsque l'orientation choisie est atteinte, ainsi qu'il est bien connu dans les techniques d'asservissement. Avant la sortie des courbes, une autre balise 50 ' est disposée pour commander le retour des essieux 2 et 4 en position parallèle. Bien entendu, on peut prévoir de telles-balises seu- les courbes avant lement pour/un faible rayon et subissant une usure anormale. Suivant une deuxième forme de réalisation, l'actua - teur 42 de la valve 40 peut être commandé à partir d'un con- trôle permanent de la rotation du bogie sous la caisse 26 du véhicule. Dans ce cas on prévoit un système capteur de posi- tion angulaire dont un des éléments est porté par l'axe de pivotement 54 du bogie et dont l'autre est porté par la caisse 26. A titre d'illustration, on a représenté sur la figure 3 un système capteur angulaire potentiomêtrique dont l'organe mobile 56 est solidaire de l'axe 54 du bogie et dont l'organe fixe 58 est porté par la caisse Le signal de tension 56 est amené par une ligne 60 au circuit récepteur et de traitement 52 qui transmet les ordres à l'activateur 42 pour amener les essieux jusqu'à l'orientation désirée. Bien entendu, on peut choisir tout type de système capteur usuel, par exemple magnétique ou capacitif, en prévoyant de préférence deux ou trois capteurs afin d'amé- liorer la fiabilité du dispositif. On a représenté à plus grande échelle sur la figure 4 un vérin hydraulique à double effet 18 constituant l'une des bielles de guidage dans un bogie suivant l'invention. L'extrémité 20 du cylindre 62 du vérin est articulée sur une broche 64 solidaire du châssis 12 du bogie, avec inter- position d'un "silent-block" 22. L'extrémité sortante de la tige 24 du vérin est fixée à une boîte d'essieu 10 La tige 24 est guidée des deux côtés, avec une extrémité 65 coulissant dans le corps de vérin pour avoir les mêmes efforts et les mêmes vitesses 7 2530567 pour les deux sens de déplacement. Le vérin possède un verrou mécanique libérable hy- drauliquement qui a pour but de maintenir le vérin dans sa position médiane qui correspond à l'essieu perpendiculaire à l'axe longitudinal du bogie. Ce verrou comprend un piston 66 dont l'une des ex- trémités 68 peut s'engager dans une gorge 70 creusée dans la partie 65 de la tige de vérin 24 et dont l'autre extré- mité est sollicitée par un ressort 72 retenu sur le corps de cylindre 62 par-un chapeau 74. L'engagement de l'extrémité 68 dans la gorge 70, provoque le verrouillage du vérin et empêche tout déplace- ment des boites d'essieu - Pour déverrouiller le système et amener-le vérin en position de travail, il suffit de mettre la chambre 76 si- tuée au-dessous du plus grand diamètre 78 du piston 66 sous pression, par une canalisation 80 Cette pression surpasse la force du ressort 72 et dégage l'extrémité 68 du piston hors de la gorge 70 On peut alors alimenter l'une ou l'au- tre chambre 34, 36 du vérin, suivant le sens de travail choisi. Pour verrouiller le vérin, il suffit de couper la pression dans la chambre 76, le ressort 72 repousse alors le piston 66 contre la tige 24 Lorsque le piston 48 du vérin reprend sa position de repos, l'extrémité 68 du verrou s'engage dans la gorge 70, lorsque celle-ci passe juste en regard L'effort nécessaire au verrouillage étant fourni par le ressort 72, l'huile contenue dans la chambre 76 est renvoyée au réservoir basse pression sous l'action du ressort. De préférence, on prévoit l'extrémité 68 du verrou avec une forme carrée, pour augmenter la surface de con- tact avec la gorge 70 Dans ce cas, on empêche le verrou 66 de tourner au moyen d'un ergot 81, fixé dans le chapeau 74, qui coulisse dans une fente 82 ménagée dans une jupe 84 surmontant le verrou 66. La mise en-pression ou la mise à la purge de la chambre 76 du verrou peut être commandée par un distributeur 8 2530567 trois voies à deux positions 86, relié à l'orifice 80 par une canalisation 8 7 (figure 4) Dans la position de repos représentée, le distributeur 86 met la chambre 76 à la basse pression Le distributeur 86 est actionné vers la position "alimentation par un actuateur 88 qui est com- mandé par le circuit récepteur et de traitement 52 (figure 3) qui commande également le distributeur 40. Ce circuit 52 est agencé pour que, en début de courbe, le verrou ne soit libéré qu'avec un certain retard, car il est inutile de modifier l'orientation des essieux dans les parties de courbe à grand rayon et pour éviter une accentuation du lacet que pourrait avoir le bogie à l'en- trée dans la courbe. Le circuit 52 est également agencé pour que, à la sortie d'une courbe, le distributeur 86 soit remis en posi- tion de repos dès que l'angle du bogie par rapport à la caisse est devenu assez faible De cette façon, le verrou sollicité par le ressort 72 verrouille à nouveau les vérins dès que les essieux repassent à leur position parallèle. Le dispositif qui vient d'être décrit apporte une sécurité complète puisque l'absence de-pression (ou l'ab- sence de signal électrique commandant l'actuateur 88) in- terdit le déverrouillage des vérins et qu'on se trouve alors dans le cas d'un bogie à essieux fixes, non orien- tables. Une garantie supplémentaire peut être apportée par deux ressorts de compression opposés, ou par des tampons en élastomère, qui tendent à ramener automatiquement les vérins en position moyenne et, par conséquent, à ramener les essieux à leur position parallèle o ils sont automatique- ment verrouillés. Bien entendu, chacun des deux bogies d'un véhicule est équipé du dispositif qui vient d'être décrit Seuls certains organes pourraient être communs aux deux bogies, par exemple la pompe P du circuit hydraulique et, éventuel- lement, l'accumulateur hydraulique 44. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée 9 2530567 aux modes de réalisation de l'exemple décrit et représentée elle-est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. 2530567 REVENDICATIONS 1 Bogie pour véhicule ferroviaire du type qui com- prend un châssis ( 12), deux essieux ( 2, 4) reliés au châs- sis par des organes élastiques de suspension primaire ( 14) et par des bielles sensiblement horizontales ( 16, 18) dont chacune a une extrémité ( 20) articulée sur le châssis et l'autre extrémité ( 24) reliée à une boite d'essieu ( 10), ledit bogie étant caractérisé: en ce qu'au moins une bielle ( 18, 18 ') de chaque essieu est une bielle télesco- pique commandée à longueur variable constituée par un vérin hydraulique à double effet dont l'un des organes, piston ( 48) ou cylindre ( 62), est attelé au châssis et dont l'autre organe est attelé à la boite d'essieu; en ce qu'il comprend un circuit hydraulique ( 38) comportant des moyens de commutation ( 40) établissant sélectivement l'alimenta- tion, la purge et l'isolement des deux chambres ( 34, 36) du vérin; et en ce qu'il comprend des moyens de commande ( 50, 52, 56, 58) desdits moyens de commutation entrant en action en réponse aux courbes de la voie ( 7) sur laquelle roule -20 le bogie. 2 Bogie suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boite d'essieu d' un même essieu est reliée au châssis par une bielle télescopique commandée et en ce que les moyens de commutation ( 40) alimentent les deux vé- rins ( 18, 18 ') d'un même essieu en sens inverse. 3 Bogie suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque vérin hydraulique ( 18) est pourvu d'un mécanisme de verrouillage libérable: ( 66) blo- quant ledit vérin en position moyenne. 4 Bogie suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de commande précités com- prennent des balises au sol ( 50, 50 ') et un circuit ( 52) de détection et de traitement des signaux émis par lesdi- tes balises, ledit circuit ( 52) fournissant, en réponse, un ordre de commande à l'actuateur ( 42) de l'organe de commutation ( 40). Bogie suivant l'une des revendications 1 à 3,, caractérisé en ce que les moyens de commande précités comprennent un capteur de position ( 56, 58) fournissant un signal représentatif de la position angulaire du bogie par rapport à la caisse ( 26) du véhicule; et un circuit ( 52) de traitement dudit signal, ledit circuit ( 52) four- nissant, en réponse, un ordre de commande à l'act uateur. ( 42) de l'organe de commutation ( 40). 6 Bogie suivant l'une des revendications 3, 4 ou , caractérisé-en ce-que le mécanisme de verrouillage comprend un organe de verrouillage ( 66 i 68) qui est solli- cité élastiquement en permanence vers la position verrouil- lée par un ressort ( 72) et qui est déverrouillé par appli- cation d'une pression hydraulique. 7 Bogie suivant la revendication 6 Y caractérisé en ce que la mise en pression du mécanisme de verrouillage est commandée par un distributeur hydraulique ( 86) dont l'actuateur ( 88) est commandé par le circuit de traitement précité ( 52) en fonction de la courbure de la voie. 8 Bogie suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des moyens élastiques sont prévus pour ramener les vérins hydrauliques à leur position moyenne dans laquelle le verrou ( 66) peut bloquer la tige ( 24) du vérin.