Brevet FR2548618A1 — publié le 19850111

l SUSPENSION DE VEHICULE FERROVIAIRE La présente invention concerne les véhicules ferroviaires et plus particulièrement les structures de suspension destinées à suspendre ceuxci sur les boites d'essieux L'invention s'applique aux véhicules ferroviaires danslesquels un corps ou superstructure est monté pivotant sur deux bogies et aux véhicules ferroviaires dans lesquels le corps du véhicule est directement supporté par les essieux par exemple aux véhicules à quatre roues. 10 Chaque essieu comporte deux roues reliées par un axe. L'expression "chariot, ferroviaire" est sensé désigner ici une unité ferroviaire comprenant un bâti supporté par deux essieux Ainsi, un chariot ferroviaire peut être un bogie ou un wagon à quatre roues, le bâti étant consti15 tué du corps dans le cas d'un wagon à quatre roues, et du bâti dans le cas d'un bogie. On connaît les chariots ferroviaires auto-directionnels ou radiaux -voir par exemple les brevets U S. N 4 067 261 et 4 067 262 et un grand nombre de ceux-ci 20 est utilisé dans le réseau ferroviaire sud-africain et en d'autres parties du monde De tels chariots font appel à des semelles ou bandes de roulement à conicité effective élevée et à une suspension à ressorts à mouvement de lacet modéré, pour ainsi permettre aux semelles de,roulement 25 d'effectuer d'elles-mêmes les changements de direction. A des fins de stabilité et pour transmettre les efforts longitudinaux entre les essieux des interconnexions du type représenté sur la figure 2 du brevet U S N 4 067 262 sont utilisées On notera que cette figure représente un 30 bogie en trois parties. Lorsque l'on tente d appliquer les enseignements de la figure 2 de ce brevet U S aux chariots à bati rigide l'absence de ressorts primaires conduit à des problèmes d'absence de charge sur les roues. Un objet de la présente invention est de propo- ser un chariot ferroviaire pourvu d'une suspension qui assure le caractère auto-directionnel et qui définisse également une suspension primaire. A cet effet l'invention concerne un chariot ferroviaire comprenant deux essieux chacun comportant une paire de roues profilées montées rigides sur un axe; une paire de boîtes d'essieu sur chaque essieu, pour chaque boîte d'essieu un étrier contenant la boîte d'essieu et s'étendant au- dessus et au-dessous de l'axe; des moyens pour engendrer un point de pivot sur l'étrier, afin de permettre à l'étrier de basculer longitudinalement autour du point de pivot par rapport au bâti; un premier point de liaison sur l'étrier; des moyens pour réunir une paire de premiers points de liaison et pour 15 transmettre des efforts longitudinaux entre les essieux; et des moyens à ressorts prévus entre le bâti et chaque boîte d'essieu, pour autoriser les mouvements verticaux relatifs entre le bâti et la boîte d'essieu associée. Le terme "longitudinal" signifie la direction 20 de déplacement du chariot ferroviaire. Un point de pivot peut être engendré de trois manières: (a) en faisant pivoter l'étrier autour dlun pivot transversal du bâti; ou (b) en faisant pivoter l'étrier autour d'un pivot transversal d'un corps accroché au bâti par les moyens à ressorts; ou (c) en faisant en sorte que l'étrier fasse partie intégrante de la boîte d'essieu et en prévoyant les moyens à ressorts entre le bâti et l'étrier pour ainsi permettre à l'étrier de basculer longitudinalement et de se déplacer verticalement par rapport au bâti. Dans les cas (a)et(b) le point de pivot est situé sur l'axe du pivot tandis que dans le cas (c) le point 35 de pivot est situé au centre de rotation des moyens à 3 " ressorts. Le point de pivot peut être situé audessus ou au-dessous de l'axe S'il est situé au-dessus une action élastique négative, positive ou nulle peut être réalisée dans la direction longitudinale. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue de côté illustrant une 10 configuration d'étrier selon l'invention, la figure 2 est une v ue de côté d'un chariot présentant une configuration d'étrier différente, les figures 3 à 7 sont des vues similaires à la figure 1 illustrant d'autres configurations d'étriers, 15 la figure 8 est une vue en plan de dessous d'un chariot dans lequel les boites du même essieu sont reliées, la figure 9 est une vue de côté schématique d'un chariotmontrant une liaison entre essieux. la figure 10 est une vue en plan de la figure 8. 20 la figure 11 est une vue en plan d'une autre forme de balancier. la figure 12 est une vue en plan de dessous schématique illustrant une autre forme de liaison entre essieux et la figure 13 est une vue en plan d'un bogie montrant les accouplements entre essieux. Sur la figure 1 une boite d'essieu située sur un axe 11 est montée dans une ouverture entourée d'un étrier 20 présentant deux côtés arqués 22, entre ceux-ci 30 et la boîte d'essieu étant prévus des tampons élastiques 27 constitués de couches de caoutchouc entre lesquelles sont intercalées des plaques métalliques, de manière à réaliser la structure à chevrons illustrée. L'étrier 20 est monté pivotant sur un bâti laté35 ral 23 d'un bogie autour d'un axe de pivotement 28 Le -4 résultat est que l'étrier peut basculer autour de l'axe 28 et que la boite d'essieu peut effectuer des lacets. Les tampons 27 permettent en outre un mouvement vertical relatif entre la boîte d'essieu 10 et le bâti 23. L'étrier 20 supporte deux axes de liaison 18 et 19 reliés à des éléments 24 et 25 décrits plus loin. Dans la forme de réalisation de la figure 2. un étrier 20 est représenté unitaire avec une boite d'essieu 10 et monté pivotant autour d'un axe de pivotement 34 10 situé sur un corps 21 Les'tampons 27 exercent un effort élastique sur le corps 21 pour le pousser vers le côté d'un bâti 23 Ici encore, l'étrier 20 supporte des axes 18 et 19 reliés à des éléments 24 et 25. L'étrier 20 peut basculer autour de l'axe 34 et les tampons 27 permettent un mouvement vertical relatif entre le bâti 23 et la boite d'essieu 10. Dans la forme de réalisation de la figure 3. un étrier 20 similaire à celui de la figure 2 est utilisé. mais il est fermement fixé à un corps 21 qui est repoussé 20 vers le bâti 23 au moyen des tampons 27 Les tampons 27 sont choisis et disposés de manière à ce que leur centre de rotation soit situé au point 35 En conséquence l'étrier peut basculer longitudinalement autour du point 35 qui tient lieu de point de pivot Le résultat de la figure 3 25 est pratiquement identique à celui de la figure 2. Sur la figure 4 l'étrier 4 est renversé comme représenté et comporte des ailes 29 sur lesquelles reposent les tampons 27 Le bâti 23 comporte un prolongement 31 correspondant au corps 21 des figures précédentes Le 30 centre rotation des tampons 27 est situé au point 35 autour duquel l'étrier 20 peut basculer longitudinalement contre une action élastique qui peut être agencée pour être négative positive ou nulle. Sur la figure 5 le prolongement 31 est remplacé 35 par un corps séparé 32 qui est monté pivotant sur le bâti 23 -5 au moyen d'un axe 33 situé au centre de rotation 35 des tampons 27 La liaison entre le corps 32 et le bâti 23 est rigide en torsion Ceci peut être réalisé en réunissant l'axe 33 au bâti 23 au moyen d'un manchon en caout5 chouc 34 Ce dernier est réuni à la fois à l'axe 33 et au bâti 23, tandis que l'axe 33 est bloqué sur le corps 32 contre toute rotation, par exemple par clavetage ou analogue. Dans les formes de réalisation ci-dessus, les 10 tampons 27 assurent une suspension verticale ou primaire douce et permettent un basculement limité des étriers 20 par compression du caoutchouc le long d'un bord du tampon et par expansion du caoutchouc sur un bord opposé Les éléments du tampon en butée contre le bâti 23 et contre 15 la surface opposée par exemple celle d'un corps 21 ne restent pas parallèles les uns aux autres Le degré de non-parallélisme augmentant le degré de résistance de la part du caoutchouc augmente, de sorte qu'il existe une limite au rayon pour lequel le caractère auto-directionnel 20 peut exister. La figure 6 illustre une solution au problème mentionné ci-dessus Dans ce cas la couche métallique extérieure 70 de chaque tampon 27 est boulonnée sur le bâti 23 Sur la couche métallique intérieure 71 est ménagé 25 un maillon 72 se logeant au-dessus d'un-oeil 73 du corps 21 Un axe 74 goujonne le maillon 72 et l'oeil 73 ensemble de manière à ce qu'ils puissent pivoter autour de l'axe 74. Lorsque l'étrier 20 de la forme de réalisation 30 de la figure 6 bascule autour de son point de pivot 34. les tampons 27 tendent à se conformer en losanges En d'autres termes les plaques 70 et 71 restent parallèles tandis que le caoutchouc des tampons est soumis à un cisaillement Ceci permet un plus grand degré de basculement. 35 et il est ainsi possible d'utiliser cette forme de réalisa- tion dans des réseaux ferroviaires à courbes très serrées. le caractère auto-directionnel étant néanmoins assuré dans ces courbes. La figure 7 illustre une forme de réalisation 5 similaire à celle de la figure 2 mais dans laquelle les tampons 27 sont remplacés par des ressorts à boudin 39 qui sont prévus entre le bâti 23 et un support de ressorts Ce dernier est ancré sur l'organe 23 au moyen d'un ancrage longitudinal 41 fixé au bâti 23 par l'intermédiaire 10 de rondelles de caoutchouc élastiques 42 et dont l'axe est aligné avec le centre du pivot 34 Un axe 19 n'a pas été représenté, mais il pourrait être prévu de la même manière que sur la figure 2. Toutes les formes de réalisation des figures 1 15 à 7, lorsqu'elles sont montées sur un chariot à quatre roues profilées de conicité effective élevée, assureront le caractère auto-directionnel en conséquence des forces gravitationnelles engendrées par les profils des roues. En outre, sur chaque roue existe une action de suspension 20 indépendante, c'est-à-dire que sur chaque roue le bâti et la boîte d'essieu peuvent se déplacer verticalement l'un par rapport à l'autre. Du fait de la rigidité longitudinale relativement faible de chaque suspension, il peut exister un dé25 placement longitudinal des essieux l'un par rapport à l'autre et par rapport au baâti, par exemple au cours du freinage Ce problème a été résolu de manière satisfaisante comme enseigné dans le brevet sud-africain N 82/6357 (correspondant à la demande de brevet U S N 413 409 dé30 posée le 31 août 1982) sans affecter le caractère autodirectionnel des essieux d'un bogie auto-directionnel. La solution proposée est d'intercaler une timonerie de Watt entre les paires de boîtes d'essieux. La figure S illustre le cas d'un chariot, de préférence un wagon à quatre roues, dans lequel il serait impossible en pratique de prévoir des liaisons longitudinales entre les essieux Des éléments menés 40 conformés comme représenté sont montés pivotants sur des axes de liaison en des centres 41 du bâti Des biellettes 44 sont montées pivotantes sur les axes 18 et sur les extrémités des éléments menés 40 en 45 Les joints aux extrémites des biellettes 44 sont sphériques Les biellettes représentées limitent les mouvements longitudinaux des essieux, par exemple au cours du freinage, l'un par rapport à l'au10 tre et par rapport au bâti. La figure 2 illustre une autre forme de tringlerie de Watt, dans laquelle des biellettes 25 sont montées pivotantes sur les axes 19 Deux biellettes 25 sont reçues sur les axes 19 et sur des pivots situés sur un bras 36 15 monté pivotant sur le bâti 23. Les figures 9 à 12 illustrent schématiquement d'autres types de tringleries de Watt qui peuvent être utilisées. Sur les figures 9 et 10 les étriers 20 sont 20 reliés par des biellettes 55 montées pivotantes sur les étriers 20 et sur des bras pivotants 56 Les bras 56 sont montés pivotants sur un balancier 59 lui-même monté pivotant au centre du bâti du chariot sur un pivot 60 Notons que les biellettes 55 situées des deux côtés du chariot agissent sur les bras 56 dans des sens opposés, comme représenté Le dispositif ne fonctionne pas si elles agissent dans le même sens. Un pivot 60 fixé sur le bâti peut s'avérer trop rigide, en particulier pour des courbes serrées Dans ce 30 cas, on peut utiliser un balancier 59 tel que représenté sur la figure 11 Ici le centre du balancier 59 est relié rigidement à un bras 61 d'une autre tringlerie de Watt, dont les biellettes 62 sont montées pivotantes sur le bâti. Dans ce cas, le balancier 59 repose sur des supports 63 35 soutenus par le bâti L'interface entre le balancier 59 et les supports 63 peut être revêtue d'un matériau réduisant les frottements, tel que le polytétrafluoréthylène. Sur la figure 12 des biellettes 57 sont montées pivotantes sur des bras en croix 58 pivotants sur un balan5 cier 59 qui peut être lui-même monté pivotant sur le bâti du chariot ou supporté de la manière représentée sur la figure 10. Comme le mentionnent les brevets U S niumros 4 067 261 et 4 067 262 les chariots auto-directionnels 10 nécessitent des dispositifs pour stabiliser les essieux. La figure 13 représente un tel dispositif de stabilisation. Des biellettes croisées 24 sont prévues entre les axes 18 des étriers 20 Avec un chariot à bâti rigide, il n'est pas nécessaire que les biellettes 24 engendrent des forces 15 de patinage pour réaliser la stabilité Ceci peut être assuré par des amortisseurs de mouvement de lacet agissant entre les boîtes d'essieux et le bâti du chariot Cependant, les biellettes 24 restent souvent nécessaires pour maintenir l'empattement inchangé sous l'action de freins 20 à simple action et pour résister aux forces de glissement qui tendent à donner aux essieux un mouvement de lacet dans une direction d'augmentation des angles d'attaque lors des virages sur talon par exemple dans les courbes serrées, des aiguillages et les croisements Dans la forme 25 de réalisation de la figure 2 les biellettes 24 sont maintenues Des amortisseurs de mouvement de lacet peuvent être montés entre le bâti 23 et les boites d'essieux 10. selon les cas. Lorsque l'espace sur une conception de véhicule 30 donnée, est limité, et qu'il faut faire face à des courbées serrées, la forme de réalisation préférée comportera des étriers tels que ceux illustrés sur la figure 6 des amortisseurs de mouvement de lacet agissant dans les deux directions, la tringlerie de Watt de la figure 11 et les biellettes croisées telles qu'illustrées sur la figure 13. -9 -2548618 REVENDICATIONS 1 Chariot ferroviaire comprenant: deux essieux,comportant chacun une paire de roues profilées ( 26)montées rigidement sur un axe ( 11); une paire de boites d'essieux ( 10) sur chaque essieu; et un bâti ( 23) agencé pour répartir la charge du chariot sur les boites d'essieux ( 10), caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un étrier ( 20) prévu sur chaque botte d'essieu ( 10) contenant celle-ci et s'étendant au-dessus et au-dessous de l'axe ( 11); des moyens pour engendrer un point de pivot ( 34, 35) sur l'étrier ( 20) 10 et permettre à l'étrier ( 20) de basculer longitudinalement autour du point de pivot ( 35) par rapport au bâti ( 23) ; un premier point de liaison ( 18) sur l'étrier ( 20); des moyens ( 24) pour relier entre eux une paire de premiers points de liaison ( 18) et pour transmettre des efforts lon15 gitudinaux entre les essieux; et des moyens à ressorts ( 27) entre le bâti ( 23) et chaque boite d'essieu ( 10) permettant un déplacement vertical entre le bâti ( 23) et la boîte d'essieu associée ( 10). 2 Chariot selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque étrier ( 20) est monté pivotant sur un pivot transversal ( 28) du bâti ( 23)4 3 Chariot selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque étrier ( 20) est monté pivotant sur un pivot transversal ( 35) d'un corps ( 21), les moyens à res25 sorts ( 27) étant interposés entre le bâti ( 23) et le corps ( 21). 4 Chariot selon la revendication 1,dans lequel une extrémité de chaque étrier ( 20) est formée d'une partie unitaire avec la botte d'essieu ( 10) , et en ce que les moyens à ressorts ( 27) sont prévus entre le bâti ( 23) et l'étrier ( 20), 30 pour ainsi permettre à l'étrier ( 20) de basculer longitudinalement et de se déplacer verticalement par rapport au bâti ( 23). Chariot selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens à ressorts ( 23) comprennent une paire de tampons comportant des couches alter35 nées de caoutchouc et de métal prises en sandwich entre des 1 2548618 Couches extérieures de métal, et en ce que,sur chaque tampon, l'une des couches extérieures de métal est fixée à l'organe contre lequel elle est en butée, l'autre couche extérieure étant montée pivotante sur l'organe contre lequel elle est en 5 butée autour d'un axe de pivotement parallèle à l'axe des roues. 6.Chariot selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un second point de liaison ( 19) sur chaque étrier ( 20),du même côté de l'axe ( 11) que le premier point de liaison ( 18),et des moyens d'interconnexion 10 ( 25) des seconds points de liaison ( 19) des essieux destinés à coupler les mouvements de lacet des essieuxdans des sens opposés. 7.Chariot selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens ( 24),pour transmettre les efforts longitudinaux entre les essieux,comprennent une tringle15 rie de Watt reliant les premiers points de liaison ( 18) des étriers ( 20) situés du même:coté du chariot avec son levier central monté pivotant sur le bâti ( 23). 8.Chariot selon la revendication 7, caractérisé en ce que le levier central est monté pivotant sur un balancier transversal 20 ( 59) en rotation autour du centre du bogie, la tringlerie de Watt étant horizontale. 9.Chariot selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens ( 24),pour transmettre les efforts longitudinaux entre les essieux,comprennent-un élément mené ( 40) situé au-dessus de chaque axe ( 11) et monté pivotant sur la ligne centrale du chariot, et des biellettes ( 24,44)situées sur le côté du chariot, reliant en pivotement les premiers points de liaison ( 18) aux extrémités des éléments menés ( 40), de manière à ce que, en vue en plan, l'élément mené ( 40) et 30 les biellettes ( 24, 44) forment un Z. 10. Chariot selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un amortisseur de mouvements de lacet monté entre chaque boite d'essieu ( 10)et le bâti ( 23) et agencé pour amortir les mouvements de lacet dans 35 les deux directions.