Brevet FR2540451A1 — publié le 19840810

Véhicule ferroviaire à bogie permettant de réduire les usures de boudins des roues La présente invention concerne un véhicule ferroviaire permettant de réduire les usures de boudins des roues. Il est connu d'obliger un essieu de véhicule ferroviaire compor- tant un axe longitudinal parallèle aux roues qui le supportent à se déplacer selon une direction légèrement inclinée par rapport à cet axe dans le cas de parcours de voies courbes. Dans les réalisations antérieures telles que représentées sur les figures 1 et 2 de la présente description, il existe entre une caisse 1 de véhicules ferroviaires et deux bogies 2, 2 ' de ce véhicule, deux paires de bielles telles que 3-5, 4-6, 7-9, 8-10 destinées à tirer la caisse 1 La courbe de la voie est illustrée par le rayon r Dans la figure 1 le sens de marche M de la locomotive est tel que la locomotive circule de droite à gauche et dans la figure 2 le sens de marche est inversé. Dans la figure 1 le bogie 2 est le bogie avant et le bogie 2 ' est le bogie arrière. Dans la figure 1 deux bielles seulement travaillent en traction, les bielles 3-5 et 4-6, sur lesquelles sont dessinés des parallélo- grammes de force En effet pour le bogie avant, la bielle 3-5 est disposée entre un point 3 d'articulation au bogie et un point 5 d'articu- lation avec la caisse 1, le point 5 autorisant un jeu dans l'articula- tion Les deux autres bielles 7-9 et 8-10 ne produisent pas d'effet La bielle 7-9 est disposée entre un point 7 d'articulation au bogie et un point 9 d'articulation à la caisse 1 et comporte un jeu en 9, les deux jeux en 5 et 9 étant tels que lorsque la bielle 3-5 travaille en trac- tion, la bielle 7-9 ne travaille pas en compression Ceci s'explique par le fait que le jeu en 5 est absorbé avant que le jeu en 9 soit absorbé. Pour le bogie arrière, il en est de même et le bogie 2 ' tire la caisse 1 au moyen de la bielle 4-6, cette bielle ayant en 4 un point d'articu- lation au bogie et en 6 un point d'articulation avec la caisse 1. L'effort F transmis en 3 au bogie 2 et en 4 au bogie 2 ' représente la force exercée par la bielle sur le bogie La force F possède une composante longitudinale L égale à l'effort moteur du bogie -2 - correspondant et une composante transversale T. Or un essieu de véhicule ferroviaire ayant un axe longitudinal parallèle aux roues se déplaçant selon une direction légèrement inclinée par rapport à cet axe subit un effort transversal R indicé tel que Rl, R 2, R 3, R 4 qui est exercé par le contact du boudin de la roue sur le rail; l'effort R représente la réaction transversale du rail sur l'essieu et, étant opposé à la composante transversale T, équilibre celle-ci Il résulte de cette réaction une usure des points de contact, tant sur la roue concernée que sur le rail; l'usure dépend de la nature des matériaux en contact mais pour un couple de matériaux donné, l'expé- rience montre qu'elle est d'autant plus grande que l'effort transversal au contact est plus élevé et que l'angle d'inclinaison de l'essieu est important. Dans le cas de locomotives, ou de façon générale, lorsque l'essieu considéré, exerce un effort moteur important, il existe des forces S indicé telles que Si, 52, 53, 54 qui sont des forces de réaction exercées par le rail sur les boudins et qui sont des forces de glissement obligeant l'essieu à glisser. Sur le bogie 2 qui est le bogie avant de la figure 1, les réactions Rl et R 2 sont de même sens que les réactions Si et 52 dues aux glis- sements des essieux sur les rails, et s'ajoutent à celles-ci; sur le bogie 2 ' qui est le bogie arrière de la figure 1 les réactions R 3-et R 4 sont de sens opposé aux réactions 53 et 54 dues aux glissements des essieux sur les rails, et s'en retranchent. Il s'ensuit que l'essieu avant dans le sens de marche subit un effort transversal égal à la somme des efforts R et S tandis que l'essieu arrière subit un effort transversal égal seulement à la différence de ces deux efforts Il en découle, que dans les dispositifs classiques l'essieu avant aggrave les phénomènes d'usure des boudins des locomo- tives. Ceci se vérifie également sur la figure 2 o le même raisonnement s'applique en sens inverse; dans la figure 2 le bogie 2 ' est le bogie avant et le bogie 2 est le bogie arrière Les deux bielles qui travaillent sont les bielles 8-10 et 7-9 Il est à noter qu'elles travaillent en traction On remarquera comme précédemment que les 3 - efforts R 3 et 53 ainsi que R 4 et 54 appliqués sur le bogie avant s'ajoutent entre eux ce qui a pour inconvénient de provoquer une usure d'autant plus importante des boudins de la locomotive Il est à noter dans les deux cas représentés par les figures 1 et 2 que les bielles agissantes dans les dispositifs antérieurs sont celles qui sont disposées à l'arrière de chacun des bogies par rapport à leur sens de marche. Le dispositif selon la présente invention remédie à cet inconvé- nient Dans celui-ci en effet l'usure des boudins d'une locomotive est réduite en provoquant une compensation de l'effort néfaste des glis- sements longitudinaux S par l'effort inverse des efforts transversaux R, cette compensation étant réalisée aussi bien en marche avant qu'en marche arrière avec les bogies avant et/ou arrière. La présente invention a pour objet un véhicule ferroviaire compor- tant une caisse et deux bogies, caractérisé en ce que chaque bogie est relié à la caisse par une seule bielle articulée entre un point de l'axe longitudinal du bogie proche de l'extrémité de la caisse et un point de l'axe longitudinal de la caisse proche de ladite extrémité, l'une des bielles travaillant en compression alors que l'autre travaille en trac- tion, et vice-versa, selon le sens de la marche. Selon une particularité de l'invention l'articulation de ladite bielle ne comporte pas de jeu. Selon une autre particularité de l'invention ladite bielle comporte une section progressivement croissante à partir de ses extré- mités. Selon une autre particularité de l'invention ladite bielle est métallique et pleine. Selon une autre particularité dé l'invention ladite bielle est métallique, pleine à ses deux extrémités et creuse sous forme de tube cylindrique en son milieu. En se référant aux figures schématiques 1 à 7 ci-jointes on va décrire ciaprès un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif Les mêmes éléments représentés sur plusieurs de ces figures portant sur toutes celles-ci les mêmes références. 4 - La figure 1 représente, vu en plan, un schéma, selon l'art antérieur, d'une locomotive circulant de droite à gauche de la figure dans une courbe de rayon r, les efforts moteurs de la locomotive étant transmis des bogies à la caisse par un premier jeu de deux bielles travaillant uniquement en traction et disposées à l'arrière des bogies. La figure 2 représente vu en plan, le schéma selon l'art antérieur de la même locomotive circulant toutefois de gauche à droite de la figure, les efforts moteurs de la locomotives étant transmis des bogies à la caisse par un deuxième jeu de deux bielles, travaillant elles aussi en traction et disposées à l'arrière des bogies. La figurée 3 représente vu en plan le schéma, selon la présente invention, d'une locomotive circulant de droite à gauche de la figure, dans une courbe de rayon r, les efforts moteurs de la locomotive étant transmis des bogies à la caisse par un jeu unique de deux bielles dont la bielle du bogie avant est disposée à l'avant et travaille en compression et la bielle du bogie arrière est disposés à l'arrière et travaille en traction. La figure 4 représente vue en plan le schéma selon la présente invention de la même locomotive circulant de gauche à droite de la figure, les efforts moteurs de la locomotive étant transmis des bogies à la caisse par le même jeu de deux bielles que celui de la figure 3 et dont les bielles travaillent en mode traction-compression inverse de celui résultant du sens de circulation de la figure 3. La figure 5 représente une vue latérale schématique d'une bielle selon l'invention et de ses articulations. La figure 6 représente une vue latérale schématique d'une variante de bielle selon l'invention avec les mêmes articulations. La figure 7 représente une vue latérale schématique d'une variante des articulations comportant des éléments en caoutchouc. Les figures 1 et 2, relatives à l'art antérieur, ont déjà été commentées. La figure 3 représente le dispositif conforme à l'invention pour une locomotive ayant le sens de marche considéré, illustré par la flèche M Dans ce cas le bogie 2 est le bogie avant et il pousse la caisse 1 au moyen de la bielle 7 '-9 ', cette bielle étant disposée à -5 - l'avant du bogie avant en 7 ', un point d'articulation au bogie 2, et en 9 ', un point d'articulation avec la caisse 1 L'effort F transmis au bogie 2 en 7 ' par la bielle 7 '-9 ' agit sur celle-ci en compression. L'effort F possède une composante longitudinale L égale à l'effort moteur du bogie 2 et une composante transversale T équilibrée par des réactions Rl et R 2 de la voie sur les essieux qui sont de sens opposé aux réactions normales Si et 52 dues aux glissements sur le rail et viennent donc en réduire la valeur L'usure des boudins de la locomotive est donc moindre que dans le cas du bogie avant de la figure 1. Quant au bogie arrière 2 ', il tire la caisse 1 au moyen de la bielle 4 '6 ' disposée à l'arrière du bogie arrière 2 ' L'effort F transmis par la bielle sur la caisse agit cette fois en traction mais les réactions R 3, R 4 de la voie sur les essieux et équilibrant la composante transversale T sont de sens opposé aux réactions 53 et Sh dues aux glissements des essieux sur le rail et viennent donc toujours en réduire la valeur. Le même raisonnement s'applique pour le sens de marche inverse de la figure 4 Dans ce cas le bogie 2 ' est le bogie avant et il pousse la caisse 1 au moyen de la bielle 4 '-6 ' La bielle 4 '-6 ' est disposée cette fois à l'avant du bogie avant 2 ', et elle travaille en compression Le bogie 2 est le bogie arrière et il tire la caisse 1 au moyen de la bielle 7 '-9 ' La bielle 7 '-9 ' est disposée à l'arrière du bogie arrière 2 et elle travaille en traction. La disposition des bielles 7 '-9 ' et 4 '-6 ' entre les bogies et la caisse de la locomotive vers l'extérieur de cette caisse permet donc en courbe, de réduire les efforts transversaux agissant sur les boudins de toutes les roues au moment o sous l'action des efforts moteurs, les glissements entre ces roues et le rail sont les plus importants et, les usures les plus rapides. Les figures 5 et 6 représentent des exemples de réalisation de la bielle travaillant aussi bien en compression qu'en traction ainsi qu'un exemple d'articulation utilisé, l'ensemble étant conforme à la présente invention étant entendu que cette description n'est pas exclusive des modes de réalisation équivalents. Sur la figure 5 on voit une bielle 100 reliant les points d'articu- 6 - lation 7 ' et 9 ' ou 4 ' et 6 ' La bielle 100 est dimensionnée de telle sorte qu'elle peut supporter les efforts de compression ou de traction et pour cela la section de la bielle 100, métallique et pleine, est plus importante au milieu de la bielle qu'aux extrémités, la variation de la section étant progressive. L'articulation 9 ' appartient à la caisse 1 et l'articulation 7 ' au bogie 2 La bielle 100 comporte à ses extrémités des rotules 11 qui coopèrent avec et sont traversées par les axes 12 et 13 disposés dans des chapes 14 et 15 fixées respectivement dans les châssis de caisse et de bogie Il est à noter qu'au lieu de rotules telles que 11 on peut envisager des orifices dans les extrémités des bielles assurant un r 8 le équivalent qui est de transférer les efforts de la chape à la bielle ou inversement et de permettre une rotation de la bielle autour de l'axe. Les axes 12 et 13 présentent des têtes d'arrêt 16, 17 inversées afin de faciliter leur pose mais des têtes disposées dans le môme sens peuvent être aussi envisagées. Sur la figure 6 on voit des articulations 7 ' et 9 ' identiques à celles de la figure 5 mais une bielle 100 ' représente une variante de la- bielle 100 La bielleloo'est constituée d'extrémités métalliques 18 et 19 de sections progressivement croissantes et pleines et d'une partie médiane 20 métallique et creuse en forme de tube cylindrique, par exemple, soudé aux extrémités 18 et 19 par des soudures telles que 21. Sur la figure 7 on voit une articulation telle que 7 ' remarquable en ce qu'elle comporte des éléments en caoutchouc qui ont l'avantage d'amortir les chocs On voit une bielle 100 (ou 100 ') traversant une pièce fixe 22 solidaire du châssis de caisse ou de bogie La pièce fixe 22 comporte un orifice 23 par lequel passe l'extrémité de la bielle 100 Sur cette extrémité -de bielle 100 sont montés deux éléments en élastomère 24, 25 maintenus en position par deux butées métalliques 26, 27; l'une des butées 26 s'appuie sur un épaulement 28 de la bielle 100, l'autre butée 26 s'appuie par l'intermédiaire d'une rondelle 29 sur un écrou 30 Les éléments en élastomère 24, 25 assurent le transfert des efforts de la bielle 100 à la pièce fixe 22 ou inversement. Les applications du dispositif de la présente invention sont du domaine de l'aménagement des bogies et des châssis de véhicule ferro- viaire ainsi que de leurs liaisons. -7 - REVENDICATIONS 1/ Véhicule ferroviaire comportant une caisse et deux bogies, caracté- risé en ce que chaque bogie est relié à la caisse par une seule bielle ( 7 '-9 ', 4 '-6 ') articulée entre un point de l'axe longitudinal du bogie proche de l'extrémité de la caisse et un point de l'axe longitu- dinal de la caisse proche de ladite extrémité, l'une des bielles travail- lant en compression alors que l'autre travaille en traction, et vice- versa, selon le sens de la marche. 2/ Véhicule ferroviaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'articulation de ladite bielle ne comporte pas de jeu. 3/ Véhicule ferroviaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite bielle ( 100, 100 '), comporte une section progressivement croissante à partir de ses extrémités. 4/ Véhicule ferroviaire selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite bielle ( 100) est métallique et pleine. / Véhicule ferroviaire selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite bielle ( 100 ') est métallique, pleine à ses deux extré- mités ( 18, 19) et creuse sous forme de tube ( 20) cylindrique en son milieu - 6/ Véhicule ferroviaire selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'articulation ( 7 '-9 ') entre ladite bielle ( 100) et-le châssis constitué soit par ladite caisse soit par ledit bogie comporte un axe ( 12, 13) solidaire dudit châssis et une rotule ( 11) solidaire de ladite bielle coopérant entre eux. 7/ Véhicule ferroviaire selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'articulation entre ladite bielle ( 100) et le châssis constitué soit par ladite caisse soit par ledit bogie comporte des éléments amortisseurs en élastomère ( 24, 25).