Brevet FR2563487A1 — publié le 19851031

BOGIE ET VEHICULE FERROVIAIRE AINSI QUE PROCEDE POUR REALISER UNE SUSPENSION DE SECOURS La présente invention concerne un bogie pour la suspension de la caisse d'un véhicule ferroviaire au moyen d'un système à membranes pneumatiques de suspension en combinaison avec une barre anti-roulis disposée entre le bogie et la caisse, et a trait à un véhicule ferroviaire équipé d'au moins deux bogies, ainsi qu'à un procédé pour réaliser une suspension de secours de la caisse. L'utilisation de membranes pneumatiques de suspension peut se ré- véler obligatoire en fonction du rapport entre la masse propre du véhicule et la charge utile de ce dernier, et elle offre, outre un amortissement optimal de la caisse du véhicule, un découplage important entre la caisse et le bogie, tout en permettant, grâce à une configuration appropriée, la mise en oeuvre de tous les déplacements relatifs intervenant entre la caisse et le bogie. On connaît déjà un certain nombre d'applications, dans lesquels la suspension de la caisse d'un véhicule ferroviaire sur le bogie au moyen de membranes pneumatiques de suspension dont les chambres intérieures sont reliées les unes aux autres par une conduite de compensation, les membranes pneumatiques de suspension d'un bogie ainsi interconnectées étant alors commandées en fonction de la charge. Un tel dispositif, par rapport à des membranes pneumatiques de suspension commandées individuellement, présente l'avantage de réduire sensiblement la consommation en air comprimé. (selon les brevets suisses NO 540 805 et 564 446). Les deux membranes pneumatiques de suspension mises en interom- munication n'étant pas en mesure de stabiliser la caisse du véhicule visà-vis de mouvements de roulis, un tel système est complété de préférence par une barre anti-roulis disposée directement ou indirectement entre la caisse du véhicule et le sommier du bogie. (par exemple, selon le brevet suisse 564 446). Dans tous les systèmes de suspension pneumatique, on doit prendre en compte le fait que, pour des raisons quelconques, il peut se produire une défaillance des membranes pneumatiques de suspension, ou même une perte du fluide de suspension, tandis que le véhicule se trouve en servi ce dans un convoi. En prévision d'un tel cas, des suspensions de secours doivent être disposées à l'intérieur ou à l'extérieur des zones d'action des membranes pneumatiques de suspension de manière à répondre à tous les impératifs de sécurité en matière de déraillement. On connaît des exemples de réalisation dans lesquels la suspension de secours est disposée par paires, avec un écartement de base prédéterminé, sur l'axe transversal du bogie et de manière symétrique par rapport à l'axe longitudinal de la voiture. (Demande de brevet allemand nO 21 07 073). Tous les exemples de réalisation susmentionnés présentent toutefois l'inconvénient que la disposition de la suspension de secours peut se ramener exclusivement à un problème de dimensionnement, et donc soit en fonction de l'écartement de base des membranes pneumatiques de suspension les unes par rapport aux autres, soit en fonction de la rigidité de la suspension de secours considérée en tant que telle. Ces exemples de solution sont donc soumis à des limitations concrètes qui se sont traduites par l'obligation récente de prévoir une suspension de secours pour la caisse de tout véhicule ferroviaire, obligation née en particulier de l'existence de véhicules à centre de gravité très haut et à caisse présentant une rigidité au gauchissement très importante. Lorsque la suspension de secours est disposée en paires et en cas de défaillance de la suspension pneumatique, il se produit en outre, dans le cas d'une charge asymmétrique du bogie tel qu'il en apparat en particulier dans des courbes, un couple additionnel et indésirable par rapport au plan médian longitudinal du bogie. L'invention s'est donc fixé pour but de réaliser un dispositif pour la suspension de secours de la caisse d'un véhicule ferroviaire, qui est indépendant de l'écartement de base des membranes pneumatiques de suspension ainsi que des suspensions de secours les unes par rapport aux autres, ou de leurs rigidités, mais qui au contraire, compte tenu des variations de charge sur roue qui apparaissent de manière systématique dans le cas d'un fonctionnement sur suspension de secours dans un passage en courbe, permet de réaliser une suspension telle que la sécurité vis-àvis du déraillement est accrue. Ce but est atteint par un bogie selon la présente invention, ca ractérisé en ce qu'il comporte un point unique de suspension de secours pour la caisse de la voiture, ce point de suspension de secours étant disposé dans le plan médian longitudinal du bogie et avec une excentricité dans le sens longitudinal par rapport au point d'articulation bogie/ caisse. Un mode de réalisation du bogie de la présente invention va maintenant etre décrit plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique montrant deux paires de roues appartenant respectivement à deux bogies, avec les forces engendrées dans un passage en courbe à une vitesse relativement faible, sans influence de la suspension de secours; - la figure 2 est une vue selon la figure 1, avec l'influence de la suspension de secours selon la présente invention; - la figure 3 est une vue de coté d'un bogie, dans le sens de i' avancement, selon la présente invention; - la figure 4 est une vue de dessus du bogie selon la figure 3, dans le sens de l'avancement; et - la figure 5 est une vue montrant le bogie selon les figures 3 et 4. Une caisse de voiture I est esquissée sur les figures 3 et 5. La sut,pension pneumatique de Ta caisse est assurée au moyen de deux mem uranes pneumatiques ce suspension 3, qui sont disposées symétriquement par rapport à un plan médian longitudinal 12 d'un bogie 5. Ces deux mem- branla pneumatiques de suspension 3 sont reliées entre elles par l'inter médiaire d'une corduile de compensation 2. Les figures montrent en outre un sommier 4 du bogie 5. En vue de réaliser une suspension de secours en cas de defaillance c'une ou des deux membranes pneumatiques de suspension 3, il est prévu un point de suspension de secours 7 qui peut être constitué par un maté 2 iau élastique du Gype caoutchouc ou du type à ressort en acier. Chaque bogie 5 ne comporte qu'ur seul point de suspension de secours 7. Comme le montre la figure a, ce point est situé dans le plan médian longitudinal du bogie ,, et il est espace d'une distance "e" par rapport au point d'articulation 11 bogie/caisse. Les deux membranes pneumatiques de suspension 3 du bogie 5 sont commandées en fonction de la charge au moyen d'un organe de commande 8.En vue de stabiliser les mouvements de roulis de la caisse 1, une barre anti-roulis 9 est disposée entre la caisse 1 et le sommier 4 du bogie. A une vitesse définie Vo, les variations de charge sur roue disparaissent pour un angle de pente de la voie K et pour un rayon de courbure R donnés, puisqu'alors la résultante de la force centrifuge F et du poids G est perpendiculaire et médiane au plan de la voie. Pour des vitesse supérieures à la vitesse d'équilibre Vo, Aq F devient positif en raison de l'excédent de force centrifuge sur le rail extérieur de la courbe. Pour des vitesses inférieures à Vo, la variation de charge sur roue QFest en conséquence négative sur le rail extérieur de la courbe, et il se produit donc un soulagement de la roue. Le soulagement maximal de la roue extérieure dans la courbe se produit donc à l'arrêt, et il n'est dû qu'à la composante du poids G perpendiculaire au rail (incliné). Les rails inclinés par rapport à l'horizontale dans une courbe de rayon constant sont raccordés aux rails s'étendant horizontalement dans les lignes droites par des courbes de transition. Dans de telles zones de transition, la courbure et l'inclinaison horizontale des rails s'accroît progressivement depuis la ligne droite jusqu'à la courbe proprement dite. Les deux rails ne sont donc plus situés dans un même plan, mais forment au contraire un gauchissement l'un par rapport à l'autre. (figure 1). La sécurité vis-à-vis du déraillement est déterminée par le rapport entre la force de guidage Y s'exerçant horizontalement sur la jante et la charge sur roue Q s'exerçant sur la roue extérieure de la paire de roues située en avant dans le sens d'avancement. Ce coefficient de déraillement Y/Q doit, dans toutes les conditions de service, être inférieur à une valeur critique définie par la relation: Y/Q crit Ce coefficient critique de déraillement est fonction de l'angle des flancs de la jante et du coefficient de frottement entre la jante et le rail. Il caractérise la condition dans laquelle la jante peut franchir le rail. Pour un angle de flanc de jante de 700 habituellement utilisé dans le cas de voies pleines, cette valeur Y/Q it est inférieure ou crit égale à 1,2. Ainsi que le montrent les calculs, les conditions optimales de sécurité vis-à-vis du déraillement sont données dès lors que Y11 /Q11 il = Y / Q31 , en se référant à la disposition illustrée sur la figure 1. 31 31 On en déduit la condition e caractérisant un équilibre entre les charges résultantes pour les roues 11 et 31. Le trait caractéristique dans ce procédé de suspension de secours à l'aide d'un seul point de suspension 7 par bogie 5 selon la figure 2, réside dans le fait que ce point est disposé de manière décalée par rapport au point d'articulation 11 caisse/bogie, dans le plan médian longitudinal 12 du bogie 5. Par rapport à des constructions connues, cette disposition apporte une simplification notable, puisque l'on prévoyait habituellement deux ou quatre suspensions de secours qui n'étaient pas dans le plan médian longidunal du bogie 5, mais qui étaient au contraire disposés symétriquement par rapport à celui-ci.De plus, cette simplification de la construction permet de garantir qu'en cas de service de secours, en particulier dans le cas d'une répartition irrégulière des charges sur roues dans un passage en courbe à faible vitesse, il ne peut se former aucun couple additionnel susceptible d'affecter la sécurité vis-àvis du déraillement. Bien au contraire, la disposition représentée d'un unique point de suspension de secours permet d'améliorer sensiblement la sécurité au déraillement de la roue extérieure placée en avant du bogie antérieur dans le sens d'avancement. Si l'on désigne par 2a+ l'entraxe du bogie, également appelé écartement des roues d'une paire, un calcul d'optimisation donne pour la valeur "e" les limites : O On obtient dans le cas optimum ss Q* = 0Q ou, en d'autres ter- g e mes, la variation de charge sur roue due au gauchissement de la caisse de la voiture est alors compensée par la variation de charge sur roue résultant de la suspension de secours 7 (figure 2). L'invention repose, ainsi qu'on le voit, sur la connaissance du fait que les conditions les plus précaires s'appliquent, en sortie de courbe à voie relevée, au cas d'un véhicule se déplaçant lentement avec une-suspension pneumatique défaillante, puisque la roue antérieure du bogie avant dans le sens de l'avancement, extérieure dans la courbe et donc la plus menacée de déraillement par sa position dans le système, présente selon la figure 1 le soulagement résultant maximal. Dans les figures 1 et 2, Q 11 représente la charge résultante de la roue antérieure, extérieure dans la courbe, du bogie avant dans le sens d'avancement, Q 12 représente la charge résultant de la roue antérieure, intérieure dans la courbe, du bogie avant dans le sens d'avancement, Q 21 représente la charge résultante de la roue postérieure, extérieure dans la courbe, du bogie avant dans le sens d'avancement, Q 22 représente la charge résultante de la roue postérieure, intérieure dans-la courbe, du bogie avant dans le sens d'avancement, Q 31 représente la charge résultante de la roue antérieure, extérieure dans la courbe, du bogie arrière dans le sens d'avancement, Q 32 représente la charge résultante de la roue antérieure, intérieure dans la courbe, du bogie arrière dans le sens d'avancement, Q 41 représente la charge résultante de la roue postérieure, extérieure dans la courbe, du bogie arrière dans le sens d'avancement, Q 42 représente la charge résultante de la roue postérieure, intérieure dans la courbe, du bogie arrière dans le sens d'avancement, * g Q g représente la variation de charge sur roue due au gauchis- sement de la caisse, ssQ g+ représente la variation de charge sur roue due au gauchissement du bogie, AQ F représente la variation de charge sur roue due à la force centrifuge ou à la gravité, et AQe représente la variation de charge sur roue due à la suspen sion de secours excentrée dans le sens longitudinal. Différentes mesures permettent d'améliorer la sécurité vis-à-vis du déraillement en cas de défaillance de la suspension normale. La disposition de la suspens ion de secours permet de parvenir à ce que le soulagement résultant maximal de la roue antérieure, extérieure dans la courbe, du bogie avant dans le sens d'avancement selon la figure 2, soit réduit d'une valeur nQ . e Dans le cas d'un véhicule à double sens de circulation, la va leur relative de ss qu agit dans le sens positif sur la roue antérieure, extérieure dans la courbe du bogie avant dans chaque sens d'avancement, en fonction du sens de marche et, quel que soit l'écartement de base relatif des membranes pneumatiques de suspension, se traduit par une disposition excentrée dans le sens longitudinal de la suspension de secours, qui est ainsi disposée dans le plan médian longitudinal du bogie, à une distance "e" du point d'articulation bogie/caisse en direction des extrémités de la caisse. Dans le cas d'un véhicule à un seul sens de circulation, la disposition excentrée dans le sens longitudinal de la suspension de secours est décalée, dans le plan médian longitudinal du bogie, d'une.distance "e", aux deux points d'articulation, par rapport au point d'articulation caisse/bogie, en direction de I'extremité du côté du poste de pilotage. La configuration de la suspension de secours peut être réalisée de préférence sous la forme d'un élément en caoutchouc 7 à plusieurs épaisseurs montés en tension initiale, un tel élément amortisseur devant être apte à absorber élastiquement par déformation, non seulement ltécra- sement vertical, mais également les déplacements latéraux affectant le bogie vis-à-vis de la caisse, et à assurer, en fonction de la rigidité élastique des organes de guidage boie/caisse, un certain coulissement du point d'articulation du bogie dans le sens longitudinal du véhicule, sous la forme d'un entrainement élastique longitudinal. Il est également possible d'employer une suspension de secours composée d'un ou de plusieurs ressorts en acier montés en tension initiale, ou, selon les cas. composée d'un montage combiné de ressorts en acier et en caoutchouc. REVENDICATIONS 1. Bogie pour la suspension de la caisse (1) d'un véhicule ferroviaire au moyen d'un système de membranes pneumatiques de suspension (3, 2, 8) en combinaison avec une barre anti-roulis (9), entre un bogie (5) et la caisse (1), caractérisé en ce qu'il ne comporte, pour la caisse (1), qu'un point de suspension de secours (7) unique, qui est disposé dans le plan médian longidutinal (12) du bogie (5-) avec une excentricité "e" dans le sens longitudinal par rapport au point d'articulation (11) caisse/bogie. 2. Bogie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite distance "e" d'excentricité longitudinale a une valeur donnée par la formule: O 3. Bogie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite suspension de secours (7) est constituée par un élément de caoutchouc comportant plusieurs épaisseurs et monté en tension initiale. 4. Bogie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite suspension de secours (7) est constituée par un ou plusieurs ressorts en acier montés en tension initiale. 5. Bogie selon la revendication- 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite suspension de secours (7) est constituée par une combinaison d'éléments élastiques en caoutchouc et en acier. 6. Véhicule ferroviaire comportant au moins deux bogies selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'au moins les deux bogies les plus proches des extrémités de la voiture sont pourvus respectivement d'un point de suspension de secours (7) qui sont situés respectivement du côté le plus rapproché des extrémités de la voiture dans le cas d'un véhicule à double sens de circulation, et du côté le plus rapproché de la cabine de pilotage dans le cas d'un véhicule à un seul sens de circulation. 7. Procédé pour réaliser une suspension élastique de secours de la caisse (1) d'un véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il con siste à augmenter la charge résultante (Q11) s'exerçant sur la roue antérieure (11), extérieure dans une courbe, du bogie avant (5) dans le sens d'avancement au moyen d'une disposition excentrée dans le sens longitudinal de la suspension de secours (7) dans un plan médian longitudinal (12) du bogie (5), dans le cas d'une défaillance d'au moins une partie du système de suspension à membranes pneumatiques. 8. Procédé pour réaliser une suspension élastique de secours de la caisse (1) d'un véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il consiste à compenser la variation de charge (#ce) s'exercant sur une roue en raison de ladite suspension de secours (7), en lui donnant en particulier une valeur égale à la variation de charge ( Q ) s'exerçant sur la g roue en raison du gauchissement de la caisse (1).