Brevet FR2572041A1 — publié le 19860425

BOGIE DE CHEMIN DE FER POUR DES VEHICULES FERROVIAIRES DU TYPE A ASSIETTE VARIABLE La présente invention concerne un bogie de chemin de fer pour véhicules ferroviaires du type à assiette variable. Il est connu que les lignes de chemin de fer, dans les courbes, présentent un certain degré de surhaussement de la voie, pour réduire l'effet de l'accélération centrifuge à laquelle sont soumis les véhicules. Ce surhaussement permet d'aborder les courbes à des vitesses supérieures. Pour des raisons de stabilité, les valeurs de sur- haussement sont limitées par des normes internationales. Pour augmenter ultérieurement la vitesse du véhicule dans les courbes, sans soumettre les passagers à des valeurs inacceptables de l'accélération centrifuge, on applique le principe connu qui consiste à faire varier l'assiette de la caisse du véhicule ferroviaire, en inclinant ladite caisse d'une façon appropriée par rapport aux bogies vers l'intérieur de la courbe, au moyen de dispositifs mécaniques appropriés. De cette façon, à l'angle de surhaussement de la voie, s'ajoute l'angle de rotation de la caisse, en compensant dans les courbes, totalement ou en partie, sur les passagers les accélérations supérieures produites par une vitesse plus élevée. Les systèmes connus ont cependant l'inconvénient de ne pas permettre d'utiliser les caisses de structure classique pour des véhicules à assiette variable, et par conséquent exigent la construction de bogies et de caisses spéciaux. La présente invention a pour objet une structure de bogie ferroviaire, moteur ou portant, à l'usage des wagons de passagers et même de locomotive, capable d'incliner avantageusement la caisse du véhicule par rapport au rayon de courbure de la voie, à la vitesse la plus élevée possible, ainsi qu'aux conditions générales d'équipement, de manière à pouvoir utiliser, sans modification de la structure, les caisses des véhicules existants ou les caisses neuves de conception classique, en remplaçant les bogies existants par ceux selon l'invention. Dans ce but, il est prévu, selon l'invention, un bogie de chemin de fer pour véhicules ferroviaires du type à assiette variable, comprenant un châssis équipé d'une traverse oscillante pour supporter la caisse du véhicule ferroviaire, avec possibilité de rotation autour d'un axe vertical et d'un axe horizontal, caractérisé par le fait qu'il porte une crapaudine conformée de façon à permettre aussi bien la rotation de la caisse autour dudit axe. vertical que la rotation de la caisse autour dudit axe horizontal. Un bogie selon l'invention offre donc par rapport aux bogies existants déjà connus, de nombreux avantages, tels que par exemple la simplicité de construction, la rapidité de transformation des véhicules existants, étant donné qu'il ne nécessite que peu de temps et peu d'investissements pour les véhicules neufs, et par consé- quent qu'il permet une grande réduction de l'investissement initial et des temps d'attente pour la mise en disponibilité des véhicules à assiette variable à mettre en fonctionne- ment. Le bogie, objet de la présente invention, peut avoir, par exemple un châssis soudé constitué par deux longerons et par une ou plusieurs traverses également soudées. Néanmoins, ces éléments de la structure du châssis pour- raient être obtenus par fusion plutôt que par soudure. Le châssis peut être muni de suspensions primaire et secondaire, qui peuvent être de n'importe quel type utilisé et qui ne sont pas liées à la structure spécifique qui réalise l'assiette variable entre la caisse et les bogies selon la présente invention. Le bogie peut être muni d'une traverse oscillante disposée au-dessus ou en dessous par rapport aux ressorts de la suspension secondaire. Le bogie peut être complété par des supensions latérales à cylindres pneumatiques ou pneumo-hydrauliques, ayant pour fonction de maintenir le centre de la crapaudine au centre du chassis du bogie pendant la marche en courbe, en équilibrant la force centrifuge. La rotation de la caisse s'effectue autour d'un axe situé dans le plan longitudinal de symétrie. On obtient ainsi l'assiette variable qui produit la compensation partielle ou totale de l'accélération centrifuge dans les courbes. D'autres caractéristiques de l'invention seront rendues plus évidentes par la description qui va suivre, se rapportant à quelques exemples de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue transversale partiellement en coupe d'un bogie selon l'invention; la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, mais avec un système de suspension différent; les figures 3 et 4 sont des vues transversales, par- tiellement en coupe d'un autre mode de réalisation de l'invention, avec deux systèmes différents de suspension; la figure 5 est une vue de dessus d'un bogie selon l'invention; et la figure 6 représente un mode de réalisation ulté- rieur d'un bogie selon une vue transversale partiellement en coupe. La crapaudine sphérique 1 permet la rotation de la traverse oscillante 3 et du châssis du bogie 4 dans toutes les directions par rapport à la caisse 2, c'est-à-dire aussi bien autour d'un axe vertical qu'autour d'un axe horizontal. La crapaudine sphérique 1 est munie d'un pivot de sécurité vertical 20 et de deux couples de supports se faisant face 21 et 22 (figure 5). Les éléments 21 sont solidaires de la demi-crapaudine supérieure, les éléments 22 de la demi-crapaudine inférieure. Lesdits supports ont pour fonction de limiter de façon appropriée l'angle de rotation de la crapaudine i dans le plan vertical longi- tudinal. La présente invention offre tous les avantages notables précédemment décrits, résultant de la simplicité du système, étant donné que la caractéristique décrite ci-dessus de la crapaudine sphérique est exploitée également pour réaliser le mouvement angulaire de la caisse, en en faisant varier l'assiette par rapport à la traverse oscillante 3 et au châssis du bogie 4 dans le plan vertical transversal comme représenté en trait interrompu. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, la crapaudine comprend une partie sensiblement semi-sphérique creuse, mobile entre deux parties associées maintenues ensemble et fixées respectivement à la traverse oscillante 3 et à la caisse 2. La partie semi-sphérique creuse a une ouverture telle qu'elle permet ses rotations par rapport aux parties associées également autour d'un axe horizontal. La commande de la rotation de la caisse 2 par rapport à la traverse oscillante 3 en fonction de la force centri- fuge F est effectuée au moyen des cylindres hydrauliques de type simple ou télescopique. Les cylindres 5 sont protégés par des protecteurs appropriés 17. La base de chaque cylindre 5 est fixée dans un évidement approprié prévu dans la traverse oscillante 3, tandis que le sommet du piston correspondant pénètre et s'appuie, par l'intermédiaire d'un roulement de butée à bille ou d'un autre type, dans un évidement correspondant prévu dans la caisse, de façon à réduire les encombrements. Il est prévu en outre des cylindres 15 de type pneuma- tique ou pneumo-hydraulique pour la commande de la suspen- sion latérale active; ils sont installés entre la traverse oscillante 3 et les longerons 4 du châssis du bogie et leurs pistons sont protégés par les protecteurs 17'. Des butées de fin de course 16 disposées entre la traverse oscillante 3 et la caisse 2 ont pour fonction de limiter mécaniquement la rotation de la caisse 2 par rap- port à la traverse oscillante 3 à une valeur maximale admise, en évitant en même temps d'éventuelles et dange- reuses sollicitations de choc sur les cylindres 5. Lesdites butées de fin de course 16 sont munies de surfaces de contact rigide ou rendu élastique en matériau anti-friction, ainsi que d'un dispositif pour le réglage en marche, d'une façon précise, de la valeur maximale de l'angle de rotation de l'assiette variable de la caisse. Les butées de fin de course 16 peuvent être de type fixe ou de type mobile. Celles de type mobile se trouvent à l'état de repos pendant le fonctionnement normal du système d'assiette variable et remplissent, en ce sens, uniquement la fonction de butées de fin de course. En fonctionnement, elles sortent de leur siège, sont actionnées hydrauliquement et/ou mécaniquement, en parcourant une course égale, dans le but d'agir comme dispositif de sécurité qui remet la caisse 2 en assiette verticale et la bloque dans cette position dans le cas d'exclusion du système à assiette variable. Les butées mobiles 16 peuvent également être utilisées comme dispositifs d'urgence, remplaçant totalement les cylindres de commande 5, pour l'actionnement de l'assiette variable. Les figures 1 et 2 ne diffèrent entre elles que par le fait, que sur la figure 1, la suspension secondaire du bogie est réalisée au moyen de ressorts pneumatiques 6, tandis que sur la figure 2, elle est réalisée au moyen de ressorts à boudin en acier classiques 6'. Dans les deux cas, la suspension secondaire est complétées par des amortisseurs hydrauliques latéraux 18 et verticaux 19, montés entre la traverse oscillante 3 et les longerons 4 du châssis du bogie. Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, la fonction de rotation du bogie par rapport à la caisse dans le plan horizontal est remplie par la crapaudine inférieure cylindrique 7, tandis que la fonction de rota- tion de la caisse 2 dans le plan vertical transversal est remplie uniquement par la crapaudine supérieure 8 à secteur cylindrique. Les extrémités avant et arrière dans le sens longitudinal de l'élément intermédiaire 9 de la crapaudine sont constituées par des parois verticales capables de supporter des poussées longitudinales qui se manifestent entre la caisse 2 et le bogie 3-4. La crapaudine comprend sensiblement dans ce cas une partie intermédiaire 9 accouplée par accouplement géométrique cylindrique aux parties de crapaudine fixées respectivement au châssis et à la caisse, les axes des parties cylindriques étant perpendiculaires entre eux. Les parties sont maintenues ensemble par le pivot vertical 20. Sur la figure 5, est représenté, à titre d'exemple, un type de bogie dans ses parties fondamentales, conformé selon l'invention. Le bogie est constitué par les essieux 10, par les freins à disque 11, par les cylindres de frein 12, tandis que le châssis du bogie est constitué par les traverses de tête 13, les traverses intermédiaires 14, les longerons 4 ainsi que la traverse oscillante 3, les cylindres hydrau- liques de commande 5 et la crapaudine sphérique, par exemple du type indiqué sur les figures 1 et 2. Sur la figure 6, on indique, à titre d'exemple, la coupe transversale d'un autre type possible de bogie selon l'invention. Cela permet de mettre en évidence les caracté- ristiques avantageuses de la présente invention qui, toujours grâce à ses caractéristiques de simplicité de construction, peut être utilisée de façon simple sur un type quelconque de bogie muni d'une traverse oscillante 3, en le transformant de bogie normal en bogie à assiette variable. Le bogie de la figure 6 est différent de celui illustré sur les figures 1 à 5, par le fait que la traverse oscillante 3 est montée en dessous des ressorts 6, du type pneumatique indiqué sur le dessin ou du type à boudin en acier. Sur cette figure, la caisse 2 s'appuie sur la traverse oscillante 3 par l'intermédiaire des ressorts 6, et ladite traverse 3 s'appuie sur le châssis du bogie 4 par l'inter- médiaire de la crapaudine du type composé 7, 8, 9, comme indiqué sur la figure 3 ou 4, ou par l'intermédiaire de la crapaudine du type 1 indiqué sur les figures 1 ou 2. La rotation du châssis 4 du bogie en courbe, dans le plan horizontal, s'effectue par rapport à la traverse oscillante 3 et donc par rapport à la caisse 2, étant donné que celles-ci, dans une courbe, ne tournent pas entre elles dans ce plan. La rotation de la caisse 2 et de la traverse oscillante 3 dans le plan vertical transversal s'effectue toujours au moyen de la crapaudine de type composé 7, 8, 9 ou de la crapaudine de type simple 1, par rapport au chassis du bogie 4. Le mouvement angulaire transversal d'assiette variable de la traverse oscillante 3 et donc de la caisse 2 est assuré par les cylindres hydrauliques de commande 5. La base des cylindres 5 est fixée par exemple à l'intérieur des longerons 4, tandis que le sommet des pistons respectifs s'appuie dans un évidement prévu dans la traverse 3, au moyen d'un roulement à bille de butée ou d'un autre type. Le roulement permet au sommet du piston correspondant de se déplacer librement par rapport à la traverse 3 pendant le mouvement de glissement qui se présente lorsque le châssis 4 du bogie tourne en entrant dans une courbe. Le bogie représenté sur la figure 6 est muni de tous les éléments fondamentaux typiques d'un bogie de chemin de fer, déjà indiqués sur la figure 5. Comme on le verra facilement d'après ce qui vient d'être décrit, un bogie de chemin de fer à assiette varia- ble muni du système selon l'invention est capable de permettre pendant la marche dans les courbes, en toute sécurité, des vitesses supérieures à celle que l'on obtient avec les bogies classiques, en compensant partiellement ou totalement l'effet de l'accélération centrifuge sur les passagers. En outre, avec un bogie selon l'invention, la structure de la caisse peut rester telle qu'elle est traditionnelle- ment, de telle sorte qu'un bogie selon l'invention peut être appliqué également à des véhicules de chemin de fer existants, en remplacement des bogies classiques avec des avantages économiques importants. Le bogie décrit, outre qu'il exerce toutes les fonctions existantes entre la caisse et le bogie, c'est-à-dire celle de rotation dans tous les plans et dans toutes les direc- tions, y compris celle de la caisse dans le plan vertical transversal pour obtenir l'assiette variable, remplit également la fonction de transmettre toutes les forces verticales statiques et dynamiques produites par les poids et toutes les forces horizontales dynamiques, longitudinales et transversales, produites par la traction, par le freinage ou par la force centrifuge. REVENDICATIONS 1.- Bogie de chemin de fer pour des véhicules ferro- viaires du type à assiette variable, comprenant un châssis (4) avec une traverse oscillante (3) pour le soutien de la caisse (2) du véhicule ferroviaire avec possibilité de rotation autour d'un axe vertical et d'un axe horizontal, caractérisé par le fait qu'il porte une crapaudine (1; 7, 8, 9) conformée de telle maniâre qu'elle permet aussi bien la rotation de la caisse 2 autour dudit axe vertical que la rotation de la caisse autour dudit axe horizontal. 2.- Bogie de chemin de fer selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite crapaudine (1) comprend une partie sensiblement semisphérique creuse, mobile entre deux parties associées (21, 22) maintenues ensemble et fixées par rapport à la traverse-oscillante (3) et à la caisse (2), ladite partie semi-sphérique creuse présentant une ouverture pour le passage des moyens de liaison des parties associées, cette ouverture étant de dimension telle qu'elle permet les rotations de ladite partie semi-sphérique creuse par rapport auxdites parties associées selon lesdits axes. 3.- Bogie de chemin de fer selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite crapaudine (7,8,9) comprend une partie intermédiaire (9) accouplée par accou- plement géométrique cylindrique aux parties respectives (7, 8) de crapaudine fixées respectivement au châssis (4) et à la caisse (2), les axes des parties cylindriques étant perpendiculaires entre eux et lesdites parties étant toutes maintenues ensemble par des moyens de liaison capables de permettre des rotations desdites parties selon lesdits axes. 4.- Bogie de chemin de fer selon l'une des revendica- tions 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdits moyens de liaison sont constitués par un pivot de sécurité (20) disposé sensiblement de façon verticale. 5.- Bogie de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que pour le mouvement de la caisse (2) par rapport à la traverse oscillante (3) dans le plan vertical transversal autour dudit axe horizontal, il est prévu des cylindres hydrauliques (5) simples ou télescopiques, disposés entre la traverse oscillante et la caisse, lesdits cylindres étant de préférence logés dans des évidements respectifs ménagés dans la traverse et dans la caisse. 6.- Bogie de chemin de fer selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les pistons desdits cylindres hydrauliques (5) sont munis de roulements à billes de butée respectifs à bain d'huile ou analogue, à faible frottement, de façon à éviter les efforts horizontaux sur les cylindres respectifs (5) pendant la rotation du bogie par rapport à la caisse. 7.- Bogie de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la traverse oscillante (3)est munie, en correspondance avec ses extrémités, de butées de fin de course (16) de préférence réglables en hauteur, pouvant coopérer avec les butées correspondantes disposées sur la caisse, les sur- faces de contact étant du type rigide ou rendu élastique en matériau anti-friction. 8.- Bogie de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la traverse oscillante (3) est munie, à ses extrémités, de butées de fin de course mobiles (16) en fonction de l'angle d'inclinaison dans le plan transversal de la caisse (2) par rapport à la traverse oscillante (3). 9.- Bogie de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la traverse oscillante (3) est munie, en correspondance avec ses extrémités, de butées de fin de course mobiles (16) dans des directions opposées et capables de coopérer avec la caisse (2) pour former un dispositif de sécurité qui ramène la caisse dans son assiette verticale. 10.- Bogie de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il supporte un ou plusieurs moteurs. 11.- Bogie de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la traverse oscillante (3) supporte la caisse (2) par l'intermédiaire de ressorts (6) et que la crapaudine est disposée entre la traverse oscillante (3) et une traverse fixe du châssis (4) du bogie.