Brevet FR2632917A1 — publié le 19891222

"PROCEDE ET DISPOSITIF POUR AMELIORER LA STABILITE ET LE COMPORTEMENT EN COURBE D'UN BOGIE FERROVIAIRE ET BOGIE EQUIPE D'UN TEL D I SPOS I T I F Il est rappelé que la technique ferroviaire actuelle a permis de mettre au point des bogies ferroviaires conservant de bonnes caractéristiques de stabilite jusqu'à des .vitesses de 400 Km/h et même au delà.De tels bogies sont basés sur le principe d'une double suspension : - une suspension primaire et une suspension secondaire, ces deux suspensions etant separees par un mobile intermédiaire entre les essieux et la caisse du véhicule designé par châssis de bogie Il est connu que les mouvements d'instabilité à grande vitesse (ou mouvements biconiques des essieux non amortis) peuvent être réprimes notamment par des raideurs primaires élevées de la suspension primaire considérée dans le plan horizontal. Malheureusement, le raidissement des liaisons flexibles horizontales qui maintiennent les boîtes d'essieux par rapport au châssis de bogie a pour contrepartie d'entrainer une mauvaise inscription des bogies concernes dans les courbes, c'est-a-dire que les essieux se décentrent par rapport aux deux files de rails et les boudins de roues viennent en butée sur le rail exterieur a la courbe, specialement la roue de l'essieu avant de chaque bogie. Les inconvenients de ce phénomène sont que le contact des boudins de roues entraîne une usure, à la fois des boudins de roues eux-memes, mais aussi des tables de roulement des roues. Un deuxième inconvénient est que, en courbe, les essieux concernés par le contact boudin-rail exterieur recopient les défauts sur le conge intérieur du rail avec lequel le contact se produit et la suspension transmet des efforts indésirables vers la caisse. L'adoption du graissage des boudins de roue, ou des rails en courbe, permet de combattre le premier inconvénient, mais non le second. L'objet de la présente invention est de proposer une solution pour positionner correctement les essieux par rapport à la voie, meme en courbe, les bogies en cause étant, comme indiqué plus haut, a carrément quasi-rigide des bottes d'essieux. Il est connu que pour améliorer le passage en courbe un certain nombre de spécialistes ont propose des systèmes mécaniques à embiellage utilisant le mouvement relatif en rotation de l'equipage constitue par les deux essieux d'un bogie (ou même de chaque essieu pour les matériels å essieux) par rapport à la caisse placée å son aplomb. Ces systemes à embiellage ont pour objectif de modifier la disposition relative des boites d'essieux les unes par rapport aux autres en fonction du rayon de courbe de manière à obtenir en courbe, une géometrie du bogie plus favorable à son inscription en courbe. Mais les systèmes proposés a ce jour visent surtout à créer en courbe établie une géométrie favorable du bogie pris a I'état libre, ctest-à-dire en négligeant les forces de semiglissement apparaissant au contact des roues et des rails. Dans un certain nombre de solutions proposées, la position d'équilibre ne peut etre atteinte, même si la géométrie des roues obtenue en courbe par un mouvement "force" correspond à un bogie bien inscriptible dans la courbe considérée, tout simplement parce que le bogie proposé n'est pas concu morpho- logiquement pour une recherche automatique d'-un positionnement correct des essieux par rappprt a la voie. Ainsi, par exemple, il ne suffit pas de faire converger, dans le bon sens, les axes de 2 essieux d'un bogie pour leur faire former un angle égal à l'angle au centre sous lequel est vu, à partir du centre de la courbe considérée, un segment égal à l'empattement du bogie pour que ce bogie ait un bon comportement dans la courbe considérée.Faute d'avoir pris certaines précautions d'ordre constructif, dont le détail constitue une caractéristique de la présente invention et qui sera exposé dans ce qui suit, un bogie, selon l'exemple cité- ci-dessus, présente un risque de se mettre en travers dans la voie on courbe et à avancer en crabe. Il est connu que les deux -essieux d'un bogie exécutent chacun sur une voie en ligne droite des mouvements transversaux et angulaires couplés (autour de l'axe vertical) en sinusoïdes amorties, dits mouvements biconiques ou encore mouvements de lacet, la position amortie étant une position de relaxation des contraintes horizontales à la fois des contraintes internes prenant leur source dans les forces de contact entre roues et rail et de celles, attractives celle-là, générées par les écarts que prennent les 4 boites d 'essieux par rapport aux 4 foyers d'attraction correspondant aux liaisons élastiques primaires horizontales.Pour un bogie bien construit, cette position de relaxation correspond å des foyers d'attraction disposés selon les sommets d'un rectange horizontal et c'est donc vers cette figure géométrique que viennent se disposer les centres des boîtes d'essieux. Si l'on considère que la section de voie rectiligne ne comporte que des perturbations géométriques localisées, le mouvement biconique amorti est réamorcé à chaque perturbation, l'amortissement se faisant d'ailleurs de moins en moins bien au fur et à mesure que la vitesse du véhicule s'approche de la vitesse d'instabilité du fait de l'effet nocif que jouent dans le mouvement les forces d'inerties attachées aux mobiles en jeu. La présente invention est fondée sur le principe, étayé par des calculs mais non reproduits ici, que pour des raideurs primaires horizontales données, notées traditionnellement par des coefficients K (longitudinalement) et K (transversale v ment), le mouvement est sensiblement du meme type que celui décrit ci-dessus autour de la position d'équilibre, c'est-à- dire que les essieux recherchent automatiquement leur position d'équilibre, encore faut-il que celle-ci soit compatible avec le jeu présenté par chaque essieu à l'intérieur des rails. Une caractéristique de l'invention consiste à déformer en courbe la disposition rectangulaire précitée des foyers d'attraction primaire par déplacement ou chariotage de l'un au moins de foyers par rapport au rectangle.Pour la courbe de plus petit rayon à négocier et donc de déformation maximale du rectangle. on vérifiera que la figure d'équilibre des essieux (sinon de relaxation) soit telle qu'aucun des boudins ne vienne en contact avec le rail Ce calcul non développé ici met en jeu les raideurs primaires déjà citées ainsi que - bien que dans une moindre mesure - les raideurs horizontales de la suspension secondaire, les coefficients de Kalker du contact roue-rail - essentiellement les 2 coefficients de semi-glissement longitudinal et transversal - et le profil des bandages. Selon la caractéristique de l'invention, il est possible non seulement de charioter comme il vient d'être indiqué un, deux, trois ou les 4 foyers d'attraction primaire d'un bogie, mais encore de faire ce chariotage selon une courbe quasi quelconque, l'amplitudeelle-meme du mouvement en fonction de la courbe pouvant répondre a une fonction, elle aussi, quelconque à déterminer par le calcul. Les seules limitations à- respecter sont de faire les mouvements- de chariotage de manière à respecter la coplanarité des 4 foyers et les limites de contraintes imposées par les composants en jeu- (rotules, roulements d'essieux, limite de fatigue des fusées d'essieux, etc...). Dans une variante de l'invention illustrée. dans une annexe au présent texte, il n'est même pas nécessaire de modifier par une commande mécanique la position des foyers d'attraction primaire. La modification est obtenue par les essieux eux-memes, ceux-ci constituant les organes à .la fois moteurs et de contrôle des chariots porteurs des foyers. La seule précaution à prendre est de freiner le mouvement de chariotage par un amortisseur suffisamment puissant pour-que le mouvement biconique des essieux puisse se faire, puisque c'est lui-même qui provoque ia recherche pour chaque essieu de la position d'équilibre. La figure 1 représente dans une vue en plan prise par endessous du châssis de bogie, le principe de l'orientation exposé ci-dessus, appliqué à une seule botte d'essieu d'un bogie. le mouvement du chariot étant un mouvement de translation rectiligne et longitudinal,- l'amplitude étant de plus sensiblement proportionnelle à la courbure de la voie. La figure 2 représente suivant la mime vue le bogie sur lequel a été supprimé l'embiellage, celui-ci étant remplacé selon une caractéristique de l'invention par un amortisseur puissant à faible course. La figure 3 montre à titre d'illustration le détail en coupe et en élévation du tiroir de rotule et de l'amortisseur étanche à faible course qui lui est attaché. Reprenant la figure 1 on y reconnait un châssis de bogie constitué par deux longerons 2 relies par des traverses 4. L appui de la suspension secondaire, non représentée, se fait sur des élargissements circulaires 6 des longerons de chassis. L entraînement de caisse est réalisé de manière classique par un balancier 8 tourillonnant sur un pivot de caisse et relié à ses extremités aux traverses 4 grâce à des barres 10. Les liaisons primaires entre des essieux 12 et le chassis de bogie sont assurées également de manière classique par 4 rotules élastiques 14 dont les axes transversaux 16 sont maintenus rigidement par rapport aux longerons 2. Ces rotules maintiennent élastiquement les paliers d'essieux au moyen de 4 billes de boîtes d'essieux 18 solidaires des boites d'essieux 20 en sorte que, en l'absence d'efforts horizontaux exercéssur les boÎtes d'essieux, les centres de celles-ci se disposent selon les sommets d'un rectange, pour autant que l'axe du bogie soit aligné avec celui de la caisse. L'une en effet-des 4 rotules, celle placée en haut à gauche de la figure, disposée à l'intérieur d'un chariot ou tiroir 36, peut coulisser longitudinalement dans des glissières solidaires de la branche supérieure du longeron 2, placé à gauche sur la figure. Le mouvement de très faible amplitude, (de l'ordre du centimètre) a partir d'une position moyenne, est obtenu~par le mouvement de rotation relative entre caisse et bogie grace à un levier 22 solidaire de la caisse et sensiblement à la meme cote de hauteur que le balancier d'entraînement ou les axes des essieux.Il est fixé rigidement, par exemple, sur le-pivot de caisse et actionne un connecteur longitudinal 24, puis un levier transversal 26 qui tourillonne autour d'un axe 28 fixe par rapport au longeron 2- et enfin un connecteur longitudinal 30 qui entrante le tiroir dans lequel est montée la rotule 14. Les articulations 32 des différents connecteurs et balanciers cités ne comportent que le minimum de jeu et peuvent éventuellement recevoir des garnitures flexibles, mais dans ce dernier cas la flexibilité de ces yarnitures ne doit pas modifier sensiblement la flexibilité recherchée sur la boite d'essieu en cause qui est celle donnée par la rotule 14. La figure 2 représente les mîmes organes que ceux représentés sur la figure 1 après suppression de la tringlerie de commande du tiroir de rotule 14, cette tringlerie étant remplacée par un amortisseur étanche 34 a faible course. Le détail de l'équipage formé par la rotule 14 dans son tiroir et de l'amortisseur 34 est représenté sur la figure 3 sur laquelle on reconnait la queue de bielle 8 et sa rotule 14. Celle-ci est maintenue grace à l'axe 16 à l'intérieur d'un tiroir 36 à section rectangulaire. Ce tiroir 36 coulisse sur des glissières 6 bis solidaires du longeron 2. Les efforts longitudinaux sont transmis å l'amortisseur hydraulique 34 et sont repris par le longeron 2 au travers d'une tige de piston 38. Des soufflets repérés 40 sur la-figure 3 sont des soufflets d'étanchéité. Le rôle de l'amortisseur 34 est de transmettre au longeron 2 les efforts mis en jeu par la suspension primaire horizontale et de permettre ainsi le mouvement biconique des essieux. Cette transmission d'effort est possible parce que l'amortisseur est conçu pour être très efficace et par ailleurs les mouvements, bien que de faible amplitude, sont des mouvements pulsatoires rapides. La viscosité de l'huile et son laminage au travers du piston sont à déterminèr pour permettre la transmission des efforts ci-dessus sans que les essieux ne soient le siège de mouvements biconiques trop importants lors des changements de courbure de la voie. Su;- la figure 3, le laminage de l'huile entre les 2 chambres de l'amortisseur n'a pas été représenté. Si la viscosité de l'huile est suffisamment réduite, les fuites sur le pourtour du piston 38 peuvent suffire à créer l'effet recherche. REVENDICATIONS 1. Procédé d'orientation des (deux) essieux d'un bogie ferroviaire en courbe, bogie dans lequel les (deux) essieux sont bridés horizontalement par une suspension primaire agissant par des forces attractives sur les boites d'essieux, caractérisé en ce qu'il consiste à déplacer ou charioter au moins l'un des quatre foyers d'attraction primaires du bogie en fonction de la courbe à négocier, de manière que la position d'équilibre du bogie, sous l'effet des liaisons élastiques entre essieux et forces de semiglissement au contact entre roues et rails dans la courbe considérée, soit telle que chacun des essieux se positionne de manière aussi centrale que possible par rapport aux rails. 2. Procédé selon la revendicationl caractérisé en ce que le ou les chariotages peuvent être opérés -mécaniquement en utilisant une tringlerie prise entre la caisse et le châssis de bogie, telle que les amplitudes du ou des chariotages soient sensiblement proportionnelles à l'angle de rotation autour de l'axe vertical entre ces deux mobiles. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les chariotages sont provoqués par les essieux eux-memes sans qu'il y ait nécessité d'avoir une référence d'angle entre caisse et châssis de bogie, lteffort de retenue sur le ou les foyers de suspension primaire horizontale au mouvement biconique des essieux étant obtenu par un amortisseur par foyer charioté dont la résistance au mouve -ment est à déterminer pour assurer le meilleur compromis entre le maintien du mouvement biconique des essieux et de son amortissement et par ailleurs -pour assurer une certaine aptitude des dispositifs conçu selonce principe au changement de courbure de la voie. 4. Bogie pour véhicule ferroviaire qui comprend un châssis (2,4) et deux essieux (12) dont chaque boîte d'essieu ;20) est reliée au châssis par une liaison primaire horizontale comportant une bielle (la) ayant une extrémité solidaire de la botte d'essieu et ayant l'autre extrémité liée au longeron (2) du châssis par l'intermédiaire d'une rotule élastique (14), ledit bogie étant caractérisé : en ce que l'une au moins desdites rotules élastiques (14) a son axe transversal (16) porté par un chariot ou tiroir (36) monté coulissant longitudinalement sur le longeron (2) correspondant ; et en ce qu'il est prévu des moyens pour contrôler les mouvements de coulissement du chariot (36) par rapport au longe-ron. 5. Bogie suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'une seule des rotules élastiques (14) a son axe transversal (16) porté par un chariot coulissant (36), les trois autres rotules élastiques ayant leur axe transversal (16) rigidement lié par rapport au longeron correspondant (2). 6. Bogie suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens pour contrôler les mouvements de coulissement du chariot (36) par rapport au longeron (2) sont constitués par une tringlerie (22,24, 26,28,30,32) prise entre la caisse du véhicule et ledit chariot, les pivotements de la caisse par rapport au bogie commandant les déplacements du chariot. 7. Bogie suivant l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens pour contrôler lesmou- vements de coulissement du chariot (36) sont constitués par un amortisseur hyoraulique à faible course interposé entre le chariot (36) et le longeron correspondant (2).