Brevet FR2554405A1 — publié le 19850510

Dans un véhicule ferroviaire, la suspension primaire est généralement la suspension disposée entre les boîtes d'essieux et le châssis du bogie. Les boites d'essieux portent des essieux montés et les forces d'accé- lération engendrées par les roues sont transmises aux longerons du chaâssis par l'intermédiaire de la suspension primaire. La suspension secondaire est la suspension dis- posée entre le chassis du bogie et la caisse du véhicule. L'invention a trait à un nouveau bogie comportant une suspension primaire perfectionnée. De nombreuses suspensions primaires antérieures utilisent des anneaux en élastomère entourant les boites d'essieux. Ces anneaux comportent des parties découpées qui en atténuent la raideur et les parties découpées sont conçues pour déterminer des raideurs verticales, longitu- dinales et transversales souhaitées. Certaines des suspensions primaires utilisées jusqu'à présent sont décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 044 689 et dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 348 446, déposée le 12 Février 1982 au nom de Eggert sous le titre "Primary Suspension System for a Railway Car". La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 522 758, déposée le 12 Août 1983 au nom de Herring, a trait également à une suspension primaire n'utilisant pas d'anneau en élastomère. Lorsque les suspensions primaires sont réalisées de façon à être extrêmement souples, le débattement du châssis de bogie devient très excessif. Par conséquent, il faut prévoir d'autres moyens. Il est important de pré- voir des moyens destinés à maintenir l'alignement correct et la disposition des frotteurs de prise de courant par troisième rail, des guides d'ondes, des commutateurs de déclenchement et d'autres dispositifs portés par le bogie et utilisés à des fins de signalisation, de commande et de captage de l'énergie. Tous ces dispositifs doivent se déplacer à une distance fixe entre les roues et le rail. Dans la conception d'une suspension primaire, il est souvent souhaitable de pouvoir régler indépendamment les raideurs dans les directions longitudinale, transver- sale et verticale. Les différentes exigences de conception et les différentes masses des véhicules demandent des rapports différents entre les raideurs des ressorts con- cernés. Les suspensions primaires existantes n'offrent normalement pas de possibilité de réglage indépendant des trois raideurs des ressorts. Lorsque l'on utilise des suspensions primaires très souples, il faut prendre en considération la suspen- sion secondaire. En général, des ressorts sont disposés entre le bogie et la caisse du véhicule. En cas de mouve- ment excessif entre la caisse et le bogie, les ressorts tendent à se déformer. Il est souhaitable que les ressorts verticaux soient maintenus dans des positions verticales lors des mouvements relatifs entre la caisse et le bogie. Dans les suspensions classiques, la charge de la caisse d'un véhicule est transmise par l'intermédiaire d'un pivot central à une traverse danseuse fixée aux longe- rons du châssis. Cet agencement entraine généralement un accroissement du poids du bogie. L'invention a pour objet une suspension primaire perfectionnée. L'invention a également pour objet un bogie comportant des suspensions primaire et secondaire perfectionnées. L'invention a en outre pour objet un bogie perfectionné à boîtes d'essieux extérieures, comportant des moyens destinés à maintenir des dispositifs, montés sur le bogie, à une distance relative constante entre les roues et le rail. L'invention a également pour objet une suspen- sion primaire perfectionnée dans laquelle les éléments verticaux, transversaux et longitudinaux desuspensionpeuvent être réglés indépendamment. L'invention a aussi pour objet une suspension secondaire perfectionnée destinée à un véhicule ferroviaire, à transmission perfectionnée entrai- nant un allégement des bogies. Conformément à l'invention, un bogie à boites d'essieux extérieures comprend une structure auxiliaire comportant des moyens élastiques de montage solidarisés aux boîtes d'essieux, à une distance fixe des roues du bogie et des rails afin de recevoir des dispositifs tels que des frotteurs de prise de courant par troisième rail. Une suspension primaire comprend des ressorts longitudinaux, verticaux et transversaux reliés à un corps de boîtes d'essieux monté sur l'axe d'un essieu monté. Une suspension secondaire comprenant une traverse orientable comporte des moyens permettant de diriger les trajets de charge d'une caisse de véhicule vers les deux longerons de châssis du bogie. L'invention sera décrite en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un bogie de chemin de fer selon l'invention; la figure 2 est une vue partielle en perspective éclatée de la suspension primaire du bogie représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective éclatée des éléments de la suspension secondaire du bogie illustré sur la figure 1; et la figure 4 est une coupe partielle suivant la ligne 4-4 de la figure 1. Comme représenté sur la figure 1, le bogie selon l'invention comprend deux longerons 12 et 14 de châssis auxquels des essieux montés sont reliés. Les essieux montés comprennent des roues 16 et des axes, seul l'axe 18 étant illustré sur la figure 1. Le bogie 10 est un bogie à châssis rigide dans lequel les longerons 12 et 14 sont solidarisés par des traverses 20 et 22 avec lesquelles ils sont réalisés d'une seule pièce. Des bottes d'essieux traversant les longerons 12 et 14 sont montées sur les essieux 18. Seules les bottes d'essieux 24 et 26 sont illustrées sur la figure 1. Un châssis auxiliaire 28, comportant un anneau élastique 29, est monté entre un couvercle 31 et les bottes d'essieux 24 et 26. Cette caractéristique est illustrée sur la figure 2. Le châssis 28 est destiné à recevoir un frotteur 30 de prise de courant par troisième rail et divers autres dispositifs tels que des commutateurs de commande utilisés pour la signalisation, des capteurs, etc. Il convient de noter que le châssis auxiliaire 28 est maintenu en position fixe par rapport aux roues 16. Dans le bogie à boîtes d'essieux extérieures représenté, un alignement précis entre les dispositifs tels que le frotteur 30 et les roues 16 est essentiel. De plus, l'élément élastique 29 assure une isolation entre le châssis 28 et les boîtes d'essieux du bogie. Deux lisoirs 32 et 34 sont disposés de façon à recevoir une caisse 33 de véhicule comme illustré sur la figure 4. La caisse 33 comporte un pivot 35 destiné à s'ajuster dans une douille 36. Divers moteurs et diverses transmissions, ainsi que d'autres éléments classiques, peuvent être montés sur le bogie 10. La figure 1 montre de façon globale le bogie avec l'utilisation du châssis auxiliaire 28. Hormis les suspensions primaire et secondaire, d'autres éléments illustrés peuvent être classiques et ne sont donc pas décrits en détail. La figure 2 ne représente que les éléments associés à la botte d'essieux 26 et qui seront décrits en détail, étant entendu que les autres bottes d'essieux comportent des ensembles similaires. Le longeron 12 de châssis comporte des organes de fixation 38, 40 et un élément présentant une ouverture 42. Les organes de fixa- tion 38 et 40 sont conçus pour recevoir des ressorts longi- tudinaux 50 et l'ouverture 42 est conçue pour recevoir un ressort vertical 54 de suspension, comme décrit ci- après. Dans la forme de réalisation représentée, les ressorts transversaux 44 sont montés entre des parties 62 de la botte d'essieux et une plaque 48 de fermeture du corps. Les ressorts longitudinaux 50 de maintien sont montés entre les organes 38 et 40 et des plaques de ferme- ture 52. Les six ressorts 44 et 50 peuvent être sensible- ment identiques dans de nombreux cas. La raideur verticale est déterminée par un ressort 54 qui est relativement souple et réalisé en élas- tomère. La plaque 56 de fermeture est prévue pour ce res- sort 54. A l'état assemblé, les efforts exercés par les ressorts transversaux, longitudinaux et verticaux sont appliqués à la boite d'essieux 26. Cette dernière est montée sur l'axe 18 (figure 1) et les efforts peuvent lui être appliqués ainsi qu'à l'axe. A l'état assemblé, la boite 26 passe au-dessous du longeron 12 de châssis, comme illustré sur la figure 1. Le ressort vertical 54 disposé dans l'ouverture 42 repose sur un tenon supérieur 58 du corps de la boîte d'essieux 26. Les ressorts longitudinaux 50 sont reliés à la boite d'essieux 26 par des éléments 60 de liaison montés sur la boîte d'essieux et dont l'un est représenté. Quatre ressorts transversaux 44 sont reliés à quatre parties 62 dépassant du corps de la boite d'essieux 26. Les divers ressorts 44, 50 et 54 renferment des ergots qui les centrent dans leurs positions appropriées sur la boite d'essieux 26. La plaque 48 de fermeture du corps de boîte est fixée sur le longeron 12 de châssis. Lors de l'assem- blage, la plaque 48 de fermeture comprime les ressorts transversaux 44 afin de réaliser un montage serré et limité sur le bogie, sans mouvement incontrôlé. La plaque 48 de fermeture établit également un trajet structurel de transmission d'effort pour fermer ou compléter la structure de-la boîte d'essieux. La plaque 48 présente une ouverture dans laquelle passe la boîte 26 et elle limite le débattement total du bogie au niveau de la suspension primaire. En cas de défaillance de l'un quelconque des ressorts en caoutchouc, l'ouverture de la plaque de fermeture établit des limites longitudinales et transversales pour l'ensemble de la suspension. En d'autres termes, elle constitue un élément de sécurité du système. Après que la plaque 48 de fermeture a été montée sur le longeron 12 par des moyens classiques, les ressorts 50, comportant des ergots 63 de positionnement, sont posés sur les c6tés avant et arrière de la boite d'essieux 26. Ils sont préchargés lors du montage par les plaques 52 de fermeture. Cet agencement permet d'appli- quer une précompression longitudinale. De par leur conception, les ressorts 44 et comportent des plaques métalliques intercalées avec des parties en élastomère, en sandwich, qui limitent l'am- plitude des contraintes et de la compression pouvant être appliquées aux ressorts. Plus le nombre de plaques est grand, plus la compression et plus la raideur du ressort sont grandes. En diminuant le nombre de plaques, on peut assouplir le ressort. Par conséquent, selon la masse et la conception du véhicule, on peut modifier les raideurs des ressorts, dans la géométrie représentée, en ne faisant varier que le nombre de plaques entrant dans la constitu- tion des ressorts. Dans le même temps, les ressorts 44 et 50 travaillent en cisaillement dans la direction verti- cale. En raison de la nature de l'élastomère, le module de cisaillement est extrêmement faible de sorte que, dans la direction verticale, les ressorts de maintien n'opposent qu'une contrainte ou une flexibilité minimale. Des ressorts du type sandwich à plaques métalliques ou couches d'élas- tomère ont été utilisés dans l'art antérieur. Dans le cas des suspensions transversales ou longitudinales, les ressorts 44 et 50 travaillent en compression et, en fonction de la limitation des espaces disponibles pour leur renflement, du nombre de plaques qu'ils comprennent et d'autres facteurs, on peut les rendre plus raides ou plus souples, comme souhaité. Le ressort supérieur 54 est connu sous le nom de ressort "guimauve" en caoutchouc, disponible dans le commerce. Tout élastomère peut être utilisé et, dans certains cas, on peut utiliser des ressorts mécaniques. Il convient de noter que des ressorts indépen- dants sont utilisés dans les directions verticales, trans- versales et longitudinales et que les raideurs peuvent être réglées indépendamment à des valeurs différentes. Comme mentionné, le réglage peut être effectué par le choix de la matière utilisée ou par une modification du nombre des plaques entrant dans la constitution des ressorts. Comme mentionné également, les types de ressorts utilisés, comprenant des plaques, sont des ressorts classiques et ne seront donc pas décrits plus en détail. La figure 3 représente la suspension secondaire qui comprend une traverse orientable 64. Le logement 36 est destiné à recevoir le pivot 35 solidaire d'une caisse de véhicule (figure 4) et il est incorporé dans la traverse orientable 64. Le but de la traverseorientable 64 n'est pas de supporter verticalement le véhicule ou d'établir une réaction verticale entre la caisse du véhicule et le châssis du bogie. La traverse orientable est un dispositif qui limite le débattement des ressorts "guimauve" secon- daires 66 dont un seul est représenté. Il est souhaitable que les ressorts 66 soient maintenus constamment dans des positions verticales. A cet effet, on permet à la traverse 64 de tourner autour du pivot introduit dans la douille 36. La traverse orientable 64 comporte des logements 68 et 70 destinés à recevoir les ressorts 66. Des moyens 71 de fixation sont reliés aux logements 68 et 70 afin de recevoir des ressorts 72 et 74 disposés longitudinale- ment. Des butoirs latéraux 76 et 78 sont prévus pour la suspension secondaire. Des plaques de fond 65 ferment les logements 68 et 70 afin d'y retenir les ressorts 66. Au lieu d'utiliser des tiges d'ancrage comme dans de nombreux véhicules classiques, on met en oeuvre des ressorts 72 et 74 de maintien ou de limitation. Ces ressorts 72 et 74 peuvent être relativement raides dans la direction longitudinale et très souples dans la direc- tion verticale. En référence à la figure 4 ainsi qu'aux figures 2 et 3, on voit que la caisse 33 du véhicule repose sur les lisoirs 32 et 34. C'est la raison pour laquelle les charges de la caisse du véhicule sont transmises aux longe- rons 12 et 14 de châssis par l'intermédiaire d'une traverse 67. Etant donné que les charges ne s'exercent pas au centre du bogie comme dans le cas d'une traverse de charge classi- que, le poids global du bogie peut être considérablement réduit. L'invention propose un bogie qui est nouveau dans son ensemble, dans lequel on utilise une boîte d'es- sieux extérieure et un châssis auxiliaire équipés de moyens isolants pour porter des dispositifs tels que des frotteurs de prise de courant par troisième rail et autres, conçus pour maintenir une distance prédéterminée par rapport à la voie. Le châssis auxiliaire est nécessaire en raison des raideurs relativement faibles des ressorts, autorisant des débattements de la caisse du véhicule très supérieurs à ceux des véhicules classiques. La suspension primaire décrite précédemment est extrêmement souple et offre des moyens permettant de régler indépendamment les raideurs des ressorts trans- versaux, longitudinaux et verticaux. Cette suspension secondaire évite l'utilisation de traverses de charge classi- que et elle fait appel à une traverse orientable qui rend possible le maintien vertical des ressorts verticaux lors des mouvements du véhicule et établit un meilleur trajet de transmission des charges, donnant la possibilité d'allé- ger le bogie. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au bogie décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Bogie de véhicule ferroviaire comportant deux longerons (12, 14) de châssis, des boîtes d'essieux (26), deux essieux montés comportant des roues (16) et des axes (18) et des moyens de montage des boîtes d'essieux sur les longerons de châssis afin de mettre en place les axes des essieux montés, caractérisé en ce qu'il comporte une suspension primaire comprenant plusieurs ressorts (44) disposés transversalement entre les longerons de châssis et les boîtes d'essieux, plusieurs deuxièmes res- sorts (50) disposés longitudinalement entre les longerons et les bottes d'essieux et des ressorts verticaux (54) disposés entre les longerons et les bottes d'essieux de manière que les ressorts disposés transversalement, longitu- dinalement et verticalement puissent être réglés indépendam- ment pour que les raideurs transversale, longitudinale et verticale de la suspension primaire puissent être ajus- tées. 2. Bogie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ressorts disposés longitudinalement et trans- versalement comprennent des éléments à sandwich élastomère et plaques métalliques, de manière que les raideurs longi- tudinale et transversale puissent être réglées en fonction du nombre et du type des éléments en élastomère. 3. Bogie selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une suspension secondaire comprenant une traverse orientable (64) qui présente une ouverture centrale (36) destinée à recevoir un pivot central (35) d'une caisse (33) de véhicule. 4. Bogie selon la revendication 3, caractérisé en ce que la traverse orientable comporte deux logements (68, 70) disposés à ses extrémités et destinés à recevoir des ressorts verticaux (66). 5. Bogie selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux ressorts verticaux (66) sont disposés dans les deux logements, sur les longerons de châssis. 6. Bogie selon la revendication 5, caractérisé en ce que des lisoirs (32, 34) sont disposés sur le dessus des logements afin de recevoir la caisse du véhicule de façon que la charge de la caisse soit transmise par les deux ressorts verticaux aux longerons de châssis. 7. Bogie selon la revendication 6, caractérisé en ce que la traverse orientable peut se déplacer librement autour du pivot central afin de maintenir les ressorts verticaux dans des positions verticales lors de leurs mouvements. 8. Bogie selon la revendication 7, caractérisé en ce que des paires de ressorts longitudinaux (72, 74) sont disposées entre les logements et le bogie. 9. Bogie selon la revendication 8, caractérisé en ce que les boîtes d'essieux sont extérieures aux roues. 10. Bogie selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un châssis auxiliaire (28) fixé sur deux des boites d'essieux, parallèlement a un c6té du bogie, afin d'établir une distance uniforme entre ce châs- sis auxiliaire et les roues du bogie. 11. Bogie selon la revendication 10, caractérisé en ce que des organes élastiques (29) sont montés entre le châssis auxiliaire et les deux boites d'essieux. 12. Bogie selon la revendication 11, caractérisé en ce que des dispositifs électriques (30) sont fixés sur le châssis auxiliaire.