Brevet FR2533521A1 — publié le 19840330

La demande de brevet des Etats-Unis d'Améri- que N O 296 796, déposée le 27 Août 1981 sous le titre "Primary Suspension System for a Railway Car" donne un exemple de suspension primaire. Il existe actuellement en service des véhicules ferroviaires dans lesquels la suspension primaire comprend des anneaux dits de choc, en caoutchouc ou autre élastomère, ajustés autour des boîtes d'essieux, entre les bottes et les longerons du bogie Les anneaux en caoutchouc sont comprimés et serrés entre les boites d'essieux et les longerons La disposition utilisée a pour résultat une raideur très élevée dans les'directions verticale et lon- gitudinale, cette raideur étant de l'ordre d'environ 18 000 kg/cm. Une raideur verticale relativement élevée de la suspension primaire a pour résultat un amortissement très faible des accélérations de la roue vers le châssis de bogie La raideur longitudinale relativement élevée tend à maintenir les positions des essieux ou l'entraxe à l'intérieur du châssis de-bogie - Des essais ont montré qu'en réduisant la rai- deur verticale des suspensions primaires, on réduit les accélérations transmises des roues au châssis de bogie. Ceci tend à accroître la durée de vie en service de l'équi- pement monté sur le bogie. Des essais ont également montré qu'en réduisant la raideur longitudinale de la suspension primaire, on permet aux essieux du bogie de prendre une position plus radiale par rapport aux rails lors des passages en courbe Ceci réduit l'angle d'attaque des boudins de roue par rapport aux rails, et donc les forces latérales transmises aux 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 les boites d'essieux et les longerons d'un bogie de chemin de fer Les anneaux de caoutchouc présentent des parties découpées ou ouvertures liées à des bagues métalliques fendues intérieure et extérieure Grâce aux ouvertures des anneaux, les raideurs de la suspension sont relativement faibles. Bien que la suspension décrite dans la demande précitée soit satisfaisante, il est parfois souhaitable de réduire encore plus les raideurs dans les directions verticale et longitudinale tout en maintenant une raideur latérale relativement élevée Dans la suspension primaire décrite dans la demande précitée et dans d'autres suspen- sions primaires utilisées jusqu'à présent, les élastomères formant les ressorts sont placés directement au-dessus des essieux afin de supporter le poids de la caisse du véhicule. Par conséquent, la matière est fortement comprimée sur une distance relativement courte, ce qui limite l'amplitude des raideurs verticale et longitudinale. L'invention a pour objet une suspension primaire souple perfectionnée, logée dans un espace limité tout en présentant des raideurs déterminées dans les directions longitudinale, latérale et verticale. Conformément à l'invention, un ressort en élas- tomère de suspension primaire est disposé entre chaque boîte d'essieu et un longeron de bogie supportant une caisse de véhicule ferroviaire Deux éléments en élastomère comprennent des moitiés supérieure et inférieure qui for- ment un anneau serré autour de chaque boîte d'essieu. L'élément supérieur présente une partie découpée relative- ment grande vers son centre, située directement au-dessus de la boîte d'essieu afin d'offrir de faibles raideurs ver- ticale et longitudinale Plusieurs parties découpées relativement étroites sont disposées longitudinalement en avant et en arrière de la grande partie découpée des élé- ments supérieurs, vers les tangentes à la boîte d'essieu. L'élément inférieur présente également une partie découpée relativement grande disposée au-dessous de la botte d'essieu, ainsi qu'au moins une partie découpée relativement petite disposée longitudinalement en avant et en arrière de la partie découpée relativement grande, vers les tangentes à 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 d'un bogie équipé d'une suspension primaire selon l'invention la figure 2 est une vue en perspective éclatée de la suspension primaire selon l'invention; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est-une coupe suivant la ligne 44 de la figure 3; et la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 3. La figure 1 ne représente qu'un seul ensemble à essieu monté, boite d'essieu et suspension primaire, étant entendu qu'un bogie classique comporte quatre ensembles à essieux montés de type similaire, équipés de quatre suspensions primaires. Comme représenté sur la figure 1, un essieu monté comprend une roue 10 fixée à un essieu ou axe 12. Une botte d'essieu 14 est disposée autour de l'essieu 12. e L'essieu monté, comprenant la roue 10 et l'essieu 12, est relié à un longeron 16 de châssis Les deux longerons reliés par une traverse danseuse constituent souvent un bogie classique Diverses autres pièces du bogie (non * 5 représentées) sont conçues pour le montage d'autres équi- pements, tels que des unités de freins et d'autres dis- positifs similaires 18 n'entrant pas dans lecadre de l'invention Une suspension primaire 20 est disposée entre la boite d'essieu 14 et le longeron 16 de châssis, cette suspension faisant l'objet de l'invention. L'essieu monté, comprenant la roue 10 et l'essieu 12, est relié au longeron 16 au moyen d'une bride 22 conçue pour pivoter sur un axe 24 Après avoir reçu l'essieu monté et la suspension primaire 20, la bride 22 est amenée en position de blocage et maintenue fixée au longeron par des moyens 26 de blocage qui peuvent com- prendre un boulon à tête, une rondelle et un écrou de blocage classiques. Comme représenté sur les figures 2 à 5 consi- dérées avec la figure-1, la suspension primaire 20 comprend des demi-éléments supérieur et inférieur 28 et 30 qui for- ment une configuration en anneau autour de la boîte d'essieu 14 Les éléments 28 et 30 sont des éléments en élastomère dont les surfaces intérieures sont liées à des demi-bâtis ou plaques métalliques intérieurs 32 et 34 comportant chacun des bords qui en font saillie vers l'extérieur Deux pinces 36 et 38 sont fixées sur les bords en saillie des plaques intérieures 32 et 34 afin de maintenir les éléments 28 et 30 liés l'un à l'autre pour former la configuration en anneau avant le montage sur le longeron. Les éléments supérieur et inférieur 28 et 30 en élastomère sont fixés par leurs surfaces extérieures à des bâtis ou plaques extérieurs 40 et 42, respectivement. Des ouvertures peuvent parfois être ménagées dans les pla- ques extérieures 40 et 42 afin de coïncider avec les zones ouvertes des éléments 28 et 30 en élastomère, comme décrit ci-après. Fondamentalement, la suspension primaire selon l'invention est conçue de manière que la matière constituant le support principal et située dans les deux demiéléments 28 et 30 en élastomère soit éloignée des centres longitu- dinaux de ces éléments et placée vers les tangentes de la boîte d'essieu 14 et de l'essieu 12 L'élément supérieur 28 pose généralement davantage de problèmes de conception que l'élément inférieur 30 car il supporte directement la charge d'une caisse de véhicule. Le demi-élément supérieur 28 en élastomère pré- sente une zone découpée centrale 44 relativement grande. Deux zones découpées 46 relativement étroites sont espacées en avant de la zone 44 et deux zones découpées 48 relati- vement étroites sont situées en arrière de la zone 44 Cette dernière est centrée au-dessus de l'axe central de la boite d'essieu et de l'essieu, tandis que les zones 46 et 48 sont disposées longitudinalement en avant et en arrière, vers les tangentes à la boîte d'essieu 14 et à l'essieu 12. Vis-à-vis des forces verticales appliquées à l'élément supérieur 28 en élastomère, ce dernier comporte, en son centre, dans la zone 44, très peu de matière de support Par conséquent, il oppose une résistance verticale très faible et on obtient donc une raideur très faible. La matière principale de support de l'élément 28 est placée aux tangentes à la boîte d'essieu et à l'es- sieu Ces parties de la matière travaillent en compression lors des mouvements -verticaux Il convient de se référer aux lignes 50 et 52 à double flèche, montrées sur la figure 5. La distance indiquée par la ligne 52 est environ double de la distance indiquée par la ligne 50 La ligne 52 se trouve dans la zone de la matière de support de l'élé- ment 28 en élastomère, tandis que la ligne 50 se trouve dans la zone découpée ou vide 44 Cet agencement permet d'obtenir une déformation presque double de l'élastomère sous la même charge On obtient ainsi une suspension primaire très souple. Les diverses parties découpées 46 et 48 relati- vement étroites permettent de régler la raideur en compres- sion Généralement, la raideur en compression est une fonction de la limite de la surface de renflement Si un bloc unique d'élastomère est utilisé, la compression pro- voque un renflement sur-les deux côtés du bloc Par contre, lorsqu'on utilise un certain nombre de blocs plus petits, chacun de ces blocs peut se renfler individuellement A ce moment, comme c'est le cas dans la présente invention, une raideur beaucoup plus faible est possible. Plus les parties découpées 46 et 48 sont rappro- chées des tangentes à la boîte d'essieu et à l'essieu, plus douce est la suspension primaire Suivant la quantité de matière de support disposée audessus des pinces 36 et 38, en se rapprochant des tangentes avant et arrière à la boite d'essieu et à l'essieu, on peut finir par soumettre l'élastomère à un cisaillement et on peut obtenir une extrême souplesse Cependant, on évite ceci, car il est souhaitable, dans la présente invention, d'obtenir de la souplesse dans les deux directions longitudinale et verti- cale. L'élément 28 travaille sur un axe de compression ainsi que sur l'axe de cisaillement Les zones ouvertes 44 46 et 48 apportent une grande souplesse dans la direction de l'axe de cisaillement, c'est-à-dire la direction longi- tudinale Par conséquent, dans la forme de réalisation décrite de l'invention, une raideur très faible est établie dans la direction longitudinale et une raideur relativement faible est établie dans la direction verticale Comme men- tionné précédemment, une raideur longitudinale faible tend à permettre certains mouvements autodirecteurs qui diminuent l'usure des roues et des boudins La faible raideur verti- cale réduit le choc des roues sur le rail, ce qui accroît la durée de vie des roues. Comme représenté sur les figures 3 et 5, la' zone découpée 44 de l'élément 28 es t orientée de façon à présenter une forme angulaire, quelque peu analogue à la partie supérieure d'un "V" L'élastomère situé de part et d'autre de la partie ouverte travaille en cisaillement lorsqu'il est comprimé Ceci ajoute à la souplesse de la suspension dans la direction verticale. L'élément inférieur 30 est également réalisé de façon à opposer une grande souplesse aux mouvements verticaux dirigés vers le bas L'effort appliqué à cet élément provient davantage de l'essieu 12 que de la charge de la caisse du véhicule Cependant, l'élément inférieur 30 doit comporter suffisamment d'élastomère pour présenter une bonne raideur latérale, comme décrit La raideur lon- gitudinale de l'élément inférieur 30 est calculée de façon à être sensiblement la même que celle de l'élément supé- rieur 28 L'élément inférieur 30 présente une zone découpée 78 qui minimise la résistance verticale. Les zones découpées 70 et 72 situées en arrière et en avant de la zone 44, ainsi que les zones 74 et 76 associées à l'élément inférieur 30, favorisent en outre la souplesse du ressort La matière adjacente à ces parties découpées constitue également un support similaire à celui formé par la matière comprise entre les deux zones découpées 46 et 48. Bien que l'on souhaite de faibles raideurs dans les directions verticale et longitudinale, il est également important de disposer d'un ressort relativement raide dans la direction latérale, c'est-à-dire de disposer d'une rai- deur latérale élevée La figure 3 montre notamment comment la résistance latérale est obtenue dans la suspension selon l'invention. Des rebords 54 et 56 font saillie de l'élément supérieur principal 28 Les rebords 58 et 60 dépassent de l'élément inférieur 30 Les rebords 54 et 56 constituent des butées serrées entre les extrémités d'une partie des- cendante 62 du longeron 16 et de rebords 64 et 66, dépas- sant vers le haut, de la boîte d'essieu 14 De la même manière, les rebords 58 et 60 sont retenus par les rebords 64 et 66 de la boîte d'essieu et les extrémités latérales d'une partie inférieure 68 du longeron 16 Comme mentionné précédemment, une limitation supplémentaire est obtenue par la fixation des éléments 28 et 30 aux demi-anneaux métalliques 32 et 34 plutôt que par le montage libre de l'élastomère entre ces demi-anneaux. La suspension primaire selon l'invention pré- sente donc une raideur déterminée dans les directions lon- gitudinale, verticale et latérale, ceci étant obtenu dans un espace relativement limité. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la suspension décrite et repré- sentée sans sortir du cadre de l'invention. t REVENDICATIONS 1 Suspension primaire destinée à un bogie de chemin de fer devant supporter une caisse de véhicule et comportant un longeron ( 16) dechâssis destiné à recevoir un essieu monté devant tourner dans une bo Ute d'essieu ( 14), la suspension primaire, disposée entre le longeron de châssis et la boite d'essieu, étant caractérisée en ce qu'elle comporte deux éléments ( 26, 28) en élastomère formant des demi-éléments supérieur et inférieur disposés autour de l'essieu ( 12) dudit essieu monté, l'élément supérieur présentant une partie découpée ( 44) relativement grande vers son centre, située directement au-dessus de l'essieu afin d'opposer à la caisse-du véhicule de faibles raideurs dans les-directions verticale et longitudinale, et plusieurs parties découpées ( 46, 48) relativement étroites, situées longitudinalement en avant et en ar- rière de la grande partie découpée, vers les tangentes à l'essieu, afin de supporter la caisse du véhicule, l'élé- ment inférieur présentant une seconde partie découpée (-78) relativement grande disposée au-dessous de l'essieu, ainsi qu'au moins une partie découpée ( 74, 76) relativement petite, disposée longitudinalement en avant et en arrière de la seconde partie découpée relativement grande, vers les tangentes audit essieu, des moyens étant destinés à opposer des résistances latérales élevées aux éléments supérieur et inférieur. 2 Suspension primaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les demi-éléments supérieur et inférieur sont liés à des plaques supérieure et inférieure ( 32, 34). 3 Suspension primaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que les plaques supérieure et infé- rieure comportent des bords qui en font saillie afin de recevoir deux pinces ( 36, 38) destinées à fixer l'une à l'autre lesdites plaques supérieure et inférieure. 4 Suspension primaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que la boîte d'essieu comporte deux rebords ( 64, 66) orientés vers l'extérieur et en ce-que l'élément supérieur comporte deux rebords ( 54, 56) orientés vers le haut et disposés entre les rebords de la boîte d'essieu et une partie supérieure ( 62) du longeron de châssis afin de conférer une résistance latérale audit élément supérieur. Suspension primaire selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément inférieur comporte deux rebords ( 58, 60) orientés vers le bas, disposés entre les rebords de la boite d'essieu et une partie inférieure ( 68) du longeron de châssis afin de conférer une résis- tance latérale audit élément inférieur sans affecter les raideurs verticale et longitudinale des deux éléments en élastomère. 6 Suspension primaire selon la revendication , caractérisée en ce que la partie découpée relativement grande de l'élément supérieur comprend deux parties d'élas- tomère, formant un angle entre elles, disposées latérale- ment dans l'élément supérieur et s'étendant vers l'exté- rieur, dans des directions opposées, d'autres zones ouvertes étant situées sur les deux côtés des parties en élastomère afin de permettre une plus grande déformation pour diminuer la raideur, dans les limites de l'élastomère constituant lesdits éléments.