Brevet FR2634713A1 — publié le 19900202

La présente invention concerne une unit ferroviaire' telle que wagon ou bogie, à au moins deux essieux dont chaque extrémité est associée a une boîte d'essieu et a deux systèmes élastiques travaillant chacun en compression entre une oreille de la botte d'essieu, qui soutient inférieurement le système élastique, et un coin qui coiffe le système élastique, une face en pente de chaque coin s'appuyant sous une face à pente correspondante du châssis de manière a solliciter une face frontale du coin en appui frottant contre une face latérale de la boite d'essieu. Une telle unité ferroviaire est connue par exemple d'après le GB-A- I 240 914. L'appui frottant de la face frontale du coin contre la face latérale de la boite d'essieu amortit les oscillations verticales de la botte d'essieu par rapport au chassis, et également les mouvements de la boite d'essieu par rapport au châssis selon la direction axiale de l'essieu. La position de la boîte d'essieu par rapport au chassis selon la direction longitudinale du châssis (c'est-à- dire la direction des rails) est définie par les deux coins entre les faces frontales desquelles la boîte d'essieu est interposée. Les deux coins ont, selon la direction précitée, des effets antagonistes sur la boîte d'essieu, engendrés par le contact des faces en pente des coins et du chassis sous la pression des systèmes élastiques. En statique, il y a donc équilibre lorsque les deux systèmes élastiques associés à chaque boîte d'essieu sont également comprimés.En dynamique, la boîte d'essieu peut se déplacer par rapport au chEssis selon la direct on horizontale longitudinale moyennant glissement entre les faces en pente des coins et du chassais. De tels déplacements peuvent s'effectuer en sens contraire aux deux extrémités d'un essieu, ce qui permet à celui-ci de s'orienter dans le plan horizontal pour faciliter l'inscription en courbe. Par contre, en circulation en ligne droite, les essieux ne sont pas maintenus rigoureusement perpendiculaires à la direction de circulation. Ceci est un grave problème qui aboutit a limiter la vitesse de circulation de ce type de matériel. Au-dela de la vitesse limite, il y a risque d'apparition d'un mouvement de lacet, susceptible de s'amplifier de manière incontrolable, et de provoquer un déraillement. Le but de l'invention est ainsi de limiter les risques d'apparition d'un tel phénomène et d'augmenter le seuil de vitesse à partir duquel le phénomène est susceptible de se manifester. Suivant l'invention, l'unité ferroviaire est caractérisée en ce que la ligne de plus grande pente de chaque coin forme un angle avec un plan longitudinal vertical médian du véhicule, de manière à solliciter en outre une face latérale du coin en appui frottant contre une face latérale du chassie transversale à la direction axiale de chaque essieu. Tout mouvement de la boîte d'essieu selon la direction longitudinale s'accompagne d'un mouvement correspondant des coins puisque ceux-ci sont appuyés sur ses faces latérales. Selon l'invention, lors de tels mouvements, les coins frottent contre une face latérale du châssis sous une pression importante fournie par les systèmes élastiques. Ainsi, sans diminuer l'aptitude des essieux à s'orienter de manière relativement lente et sous l'effet de forces importantes lors de l'inscription en courbe, on réduit considérablement la propension des essieux à s'orienter de manière incontrolée en ligne droite sous l'e++et de perturbations résultant notamment des imperfections de la voie ferrée. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés a titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un bogie selon l'invention, avec demi-coupe selon le plan médian de l'un des longerons - la figure 2 est une vue de dessus du châssis de la figure 1, avec coupe partielle selon le plan II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue de face du bogie des figures 1 et 2, avec coupes partielles selon les plans IIIR- IIIA et IIIB-IIIB - les figures 4 et 5 sont des vues à échelle agrandie des extrémités respectivement gauche et droite de la figure 3, la figure 5 visualisant le cas où la liaison traverse - longeron permet un décalage angulaire dans le plan vertical transversal - la figure 6 est une vue à échelle agrandie de l'extrémité gauche de la figure ;; - la figure 7 est une vue a échelle agrandie de la partie supérieure gauche de la figure 2 - la figure 8 est une vue à échelle agrandie de la partie centrale de la figure 1 lorsque la liaison traverse longeron autorise un décalage angulaire d'axe horizontal transversal - la figure 9 est une vue à échelle agrandie de la partie supérieure centrale de la figure 2 lorsque la liaison traverse - longeron autorise un décalage angulaire d'axe vertical ; - les figures 10 et il sont des vues selon le plan X-X de la figure 6 - les figures 12 et 13 sont des vues analogues à la figure 7 mais concernant une variante de réalisation, dans deux orientations de l'essieu par rapport au longeron. Comme le montrent les figures 1 et 2, le bogie comprend un châssis comprenant deux longerons latéraux 1 dont la direction longitudinale générale est, au repos, parallèle aux rails 2 et à un plan longitudinal vertical médian PP du bogie Dans la suite, on qualifiera d'horizontal tout ce qui est parallèle au plan défini par les deux rails 2, et de vertical tout ce qui est perpendiculaire à ce plan. Les deux longerons 1 sont supportés par deux essieux 3 dont l'axe 4 est perpendiculaire au plan PP. Les essieux 3 sont disposés symétriquement de part et d'autre d'un plan transversal vertical médian TT du bogie. Entre les longerons I, chaque essieu 3 porte deux roues 6. Au-delà de chaque roue 6, les essieux 3 ont un prolongement axial 7 supporté par un palier 8 dans une bote d'essieu 9 située sous le longeron. La base de chaque boîte d'essieu 9 est prolongée vers l'avant et vers l'arrière par une oreille Il s' étendant dans un plan sensiblement horizontal. Un système élastique 12, comprenant dans l'exemple deux ressorts hélicoïdaux à axe vertical commun, s'appuie en compression sur la face supérieure de chaque oreille 11.Chacun des systèmes élastiques 12 est coi++é par un coin 13 dont une face 14, dirigée vers le bas offre au système élastique 12 son appui de compression opposé à celui de l'oreille 11. Chaque coin 13 présente encore une face supérieure en pente 16 s'appuyant, avec interposition d'un coussin en caoutchouc 17 qui sera décrit plus en détail plus loin, sous une face de pente correspondante 18 du longeron 1. ainsi, sauf compression inégale du coussin 17, les faces correspondantes 16 et 18 sont parallèles. De plus, considérant le plan vertical VV passant par l'axe géométrique 4 de l'essieu, les deux surfaces 16 associées à cette roue et les deux surfaces 18 associées à cette roue sont symétriques relativement au plan VV. Chaque coin 13 comprend en outre une jupe 19 dont une face frontale 21, tournée vers la boîte d'essieu, est plane. Comme la pente des faces 16 et 18 est descendante depuis le plan VV, l'appui de chaque coin 13 sous la surface 18 du longeron sous l'action du système élastique 12 se traduit par une poussée appliquant la face frontale 21 du coin en appui frottant contre une garniture de friction 22 fixée a une face latérale 23 de la boîte d'essieu. Les faces frontale 21 du coin et latérale 23 de la boîte d'essieu sont parallèles au plan VV. Les coussins 17 sont des éléments qui, sous les charges auxquelles ils sont soumis, sont peu compressibles mais aisément déformables en cisaillement, et qui autorisent par conséquent un mouvement de glissement relatif entre les surfaces 16 et 18. Cette absence de résistance des coussins 17 à un tel mouvement permet l'application efficace des faces frontales 21 des coins contre les faces latérales 23 de la boîte d'essieux. Compte tenu de la quasi incompressibilité des coussins 17, les coins 16 suivent les mouvements verticaux des longerons 1 et par conséquent frottent contre la boîte d'essieu lors de l'apparition de tels mouvements, de manière à amortir ceux-ci. Comme le montre la partie gauche de la figure 3, les faces 16 des coins 1 et les faces 18 des longerons 1 présentent également une pente dans un plan parallèle aux plans VV ou TT, c'est-a-dire dans le plan de la figure Ainsi, les lignes de plus grande pente 24 (figure 2) des deux faces 16 et des deux faces 18 associées à chaque boîte d'essieu sont obliques par rapport au plan PP. Leur sens descendant s'écarte du plan PP, comme l'indiquent les extrémités fléchées des lignes 24. Les faces 16 et 18 sont disposées symétriquement de part et d'autre du plan VV de l'essieu 3 associé comme l'illustrent les deux lignes 24 se coupant sur ledit plan. En référence aux figures 4 et 7, la composante de pente que présente la face 16 de chaque coin dans un plan parallèle au plan VV, et dont le sens descendant est dirigé vers l'extérieur du bogie, détermine sur le coin 13, sous la poussée des ressorts 12, une force F dirigée vers le plan longitudinal médian PP du bogie Cette force pousse le coin 13 en appui frottant d'une face latérale 26 de sa jupe 19 contre une garniture de friction 27 fixée à une face latérale intérieure 28 d'un encagement 29 fixé sous le longeron. Pour chaque boîte d'essieu, le longeron associé comprend deux encagements ayant, dans un plan horizontal, un profil en U. Les encagements 29 sont ouverts l'un vers l'autre et embrassent les coins 13 et les systèmes élastiques 12 de part et d'autre de la bote d'essieu 9 associée. La poussée F s'exerçant sur chaque coin étant dirigée vers le plan- longitudinal PP, la face latérale 26 du coin est tournée vers le plan PP, tandis que la face intérieure 28 de l'encagement 29, portant la garniture de friction 27, est tournée en direction opposée au plan PP. La face latérale opposée 31 du coin 13 fait au repos un jeu J1 par rapport à une face intérieure adjacente 32 de l'encagement 29. Au voisinage de la boîte d'essieu 9 associée, chaque encagement 29 présente deux bords verticaux 33 munis d'une garniture de friction ayant une aile frontale 34 et une aile latérale extérieure 36. Il y a au repos un jeu JZ entre les ailes frontales 4 et la garniture de friction 22 de la boite d'essieu, prolongée latéralement pour venir en face de celles-ci. De plus, les bords 33 de chaque encagement 29, sont engagés entre des rebords 37 de la boîte 9, portant intérieurement des garnitures de friction qui se trouvent en regard des ailes 36 avec au repos, un jeu J. On va maintenant décrire en référence aux figures 6, 10 et 11 un coussin 17 et son montage. Comme le montre la figure 10, le coussin 17 a un pourtour circulaire 38 dont la région la plus proche du plan VV est appuyée contre un épaulement 39 défini par un bossage 41 de la face 16 du coin 13. L'épaulement 39 a un profil en secteur de cercle concave de même rayon que le pourtour 38 du coussin 17. Sur sa face opposée au coin 13, le coussin 17 porte un tenon 42 excentré relativement à son pourtour circulaire 38. Le tenon 42 est cylindrique. Il peut entre réalisé soit dans la masse de caoutchouc du coussin 17 (figure 10) soit sous la forme d'une pièce métallique noyée dans le caoutchouc (figure 6). Le tenon 42 est engagé dans une rainure 43 pratiquée à travers la face en pente 18 du longeron 1. La rainure 43, représentée en traits mixtes à la figure 10, est allongée parallèlement au plan VV. De plus, le pourtour circulaire 38 du coussin 17 présente deux méplats 44.Deux pièces a usage de frein 46 (en trait mixte à la figure 10) sont soudées à la face en pente 18 du longeron 1 de façon qu'une face plane 47 de chacun de ces freins soit adjacente à l'un des méplats 44, de manière à bloquer le coussin 17 en position relativement au longeron 1. Au montage, on utilise des gabarits métalliques ayant exactement la forme des coussins 17 et de leurs tenons 42. On met ces gabarits à la place qui sera occupée ensuite par les coussins 17. Les freins 46 ne sont pas encore soudés aux longerons. On règle la position angulaire des gabarits autour de leurs tenons tels que 42, ce qui, compte tenu de l'appui entre le pourtour du gabarit et l'épaulement 9 du coin, déplace le coin selon la direction longitudinale du longeron. Les coins entraînent avec eux les boîtes d'essieu associées. Par conséquent une action de réglage concerté sur tous les coins du bogie permet de régler l'empattement du bogie et le parallélisme initial des trains de roues. Lorsque la position angulaire à donner à chaque coussin 17 a été déterminée à l'aide des gabarits on démonte l'assemblage d'essai, on soude à chaque face 18 les deux freins 46 associés dans la position qui sera adjacente aux méplats 44 compte tenu du réglage déterminé pour chaque coussin, puis on met en place les coussins 17. Dans le cas représenté à la figure 10, le réglage correspond à la distance maximale entre le tenon 4 et l'épaulement 39. Le tenon 42 est au milieu de la glissière 43. Dans le cas représenté à la figure Il, le réglage est différent, les freins 46 ont donc été soudés dans des positions différentes, et le tenon 42 est décalé vers l'une des extrémités de sa glissière 43. Comme le montrent les figures 1 et 2, les longerons 1 sont réunis l'un à l'autre, dans le plan TT, par une traverse 48 dont la région centrale 49 est destinée à Stre articulée à la caisse d'un wagon. Chaque extrémité de la traverse 48 est engagée dans une ouverture 51 de l'un des longerons. Une liaison à prépositionnement est réalisée entre la traverse et chaque longeron dans cette ouverture. Pour cela chaque extrémité de traverse présente une face verticale 52 (figure 2 > et une face horizontale 53 (figure 3) qui sont appliquées respectivement contre une face verticale 54 et une face horizontale 56 de l'ouverture 51. Les faces 52, 53, 54, 56 sont parallèles à la direction longitudinale, horizontale de la traverse 48. Les faces 52 et 54 sont sollicitées en appui l'une contre l'autre par des moyens élastiques 57 qui sont précontraints en compression de manière à fournir globalement une force de précontrainte FP dirigée horizontalement, sensiblement dans un plan longitudinal médian PPL du longeron 1. Les moyens élastiques comprennent deux blocs 58, formés d'une alternance de plaques de caoutchouc et de lamelles métalliques, disposés en Y de manière à avoir des actions individuelles formant entre elles un angle, symétriquement de part et d'autre de la résultante FP. Pour recevoir l'action des éléments individuels 58, chaque extrémité de traverse présente à l'opposé de sa face d'appui 52 une face 59 en forme de dièdre concave à arête verticale. Chaque élément individuel 58 est interposé entre l'une des ailes planes de la face 59 et une face 61, parallèle à cette aile, d'un coin de serrage 62 dont une face 63 tournée obliquement vers le bas (figure 8) est appuyée contre une face intérieure de pente correspondante 64 de l'ouverture 51.Un boulon 66 en prise avec le longeron 1 et traversant le coin de serrage 62 sollicite celui-ci vers le bas de l'ouverture 51, c'est-à-dire dans le sens dans lequel, du fait de l'obliquité des faces 63 et 64, le serrage correspond à une augmentation de la précontrainte des éléments 58. Les éléments 58 comportent du c9té de la traverse (figure 9) des tenons de positionnement 67 engagés dans des évidements correspondants de la face 59 de la traverse. Le coin de serrage 62 (figure 8) porte un bec 68 chevauchant supérieurement la traverse avec, au repos, un certain jeu vertical. Comme le montre la figure 2, l'appui entre les faces 52 et 54 se fait par deux points d'appui 69, écartés l'un de l'autre selon la direction longitudinale de la traverse et situes symétriquement de part et d'autre de l'axe d'application de la force résultante FP fournie par les moyens élastiques 57. Par contre, comme le montre la figure 8* les points d'appui 69 sont relativement étroits selon la direction verticale et ils sont tous les deux disposés symétriquement relativement à la ligne d'action de la force de précontrainte FP. L'appui entre les faces 53 et 56 (figure 3) se fait par deux points d'appui 71 écartés l'un de l'autre selon la direction longitudinale de la traverse et disposés symétriquement de part et d'autre du plan PPL, c'est-à-dire du plan vertical contenant la ligne d'action de la force de précontrainte FP. Comme le montre la figure 8. les points d'appui 71 sont relativement étroits selon la direction longitudinale du longeron 1. On va maintenant exposer le mode de déformation de la suspension et du chassies du bogie. En statique, la traverse 48 est appliquée contre les deux faces 54 et les deux faces 56 des deux longerons I, ce qui garantit que les deux longerons 1 sont parallèles entre eux et perpendiculaires a la traverse. De plus, le plan longitudinal médian PPL des longerons est perpendiculaire à la direction longitudinale de la traverse 48. En circulation, des perturbations qui ne sont pas filtrées par les suspensions entre essieux et longerons, se traduisent par des mouvements des longerons par rapport à la traverse 48. Cette particularité permet au bogie de circuler sur des voies présentant de fortes inégalités, dépassant la capacité d'absorption de la suspension. Les mouvements entre longeron et traverse peuvent être de plusieurs types. Le mouvement qui est souhaitable pour permettre d'absorber les fortes inégalités est une rotation d'axe parallèle à la direction longitudinale de la traverse. La figure 8 montre la situation dans le cas d'une telle rotation. Les points d'appui 69 et 71, équipés de garniture de friction, sont partiellement décollés, c'est-à-dire que les garnitures portées par la traverse forment un angle respectivement avec celles portes par le longeron.Comme ces points d'appui sont relativement étroits dans le plan longitudinal du longeron (c'est-a-dire dans le plan de la figure 8B, ces décollages partiels ne nécessitent pas un couple très important. Les moyens élastiques 57 travaillent essentiellement en cisaillement tcFest-à-dire qu'ils ont sensiblement la forme d'un parallélogramme à la figure 8 > , mode de déformation à l'encontre duquel ils n'opposent qu'une résistance relativement faible. Un autre mode de déformation du châssis est la rotation du longeron par rapport à la traverse selon un axe parallèle à la direction longitudinale du longeron. Un exemple d'une telle déformation est représenté à la figure 5. A cette figure, l'un des appuis 71 est complètement décollé, la rotation se faisant autour du bord extérieur de l'autre appui 71. Ce mode de déformation est moins favorisé que le précédent car, compte tenu de l'écartement mutuel des points d'appui 71 selon la direction longitudinale de la traverse, un angle de rotation donné correspond à davantage de cisaillement dans les moyens élastiques. Comme le montre la figure 9, le troisième mode de déformation est la rotation de la traverse 48 par rapport au longeron i autour d'un axe vertical. Comme représenté à la figure 9, ceci se traduit par le décollement de l'un des points d'appui 69 par rotation autour du bord opposé de l'autre point d'appui 69. Compte tenu de l'écartement relativement important entre les deux points d'appui 69, un angle de rotation relativement faible correspond à une déformation relativement importante des moyens élastiques 57. De plus, cette déformation est maintenant une compression, cSest-à-dire une déformation à laquelle les éléments élastiques individuels 58 opposent une très forte résistance.Ce mode de déformation du châssis ne peut donc apparaître que dans des cas extrOmes. Ceci oblige dans la très grande majorité des cas les deux longerons à circuler strictement de concert. On remédie ainsi à l'un des inconvénients majeurs des chassis souples (chassies à traverses danseuses) qui est que chaque longeron à tendance a se mettre à osciller entre une position dans laquelle il est en avance sur l'autre et une position dans laquelle il est en retard sur l'autre. Ce phénomène, s'il s'amplifie, peut se traduire par un mouvement de lacet de tout le véhicule, puis par un déraillement. Un autre mode de déformation est la translation de la traverse 48 selon sa direction longitudinale par rapport au longeron 1. Grâce a la disposition oblique, en V, des deux éléments élastiques 58 dans chaque ouverture 51, tout mouvement de cette nature nécessite de comprimer l'un des éléments 58, et est donc-efficacement maîtrisé et amorti. Pour compléter cette stabilité favorable du châssis à l'égard des déformations dangereuses, la suspension prévue à chaque extrémité d'essieu oppose une force de frottement au déplacement de chaque essieu dans son plan horizontal par rapport aux longerons. En effet, comme on peut le comprendre d'après la figure 7, un tel mouvement des essieux se traduit par un déplacement d'au moins l'une des boîtes d'essieu 9 selon la direction longitudinale du longeron associé. Ce déplacement entraîne les coins 13, appuyés sur elle, moyennant frottement de leur face latérale 26 contre la garniture 27 des encagements 29. L'amplitude du mouvement est limitée par la dimension du jeu J2. De plus, les mouvements des essieux 3 en translation selon leur direction axiale sont freinés par friction des garnitures 22 de botes d'essieu contre les faces frontales 21 des coins 13 associés, lesquels sont, relativement à ce mouvement, retenus par les longerons i. Dans le mode de réalisation des figures 1 à il, les faces 26 et 28 de chaque coin 13 et de chaque encagement 29 associé sont planes et parallèles au plan PPL (figure 7). Dans le mode de réalisation des figures 12 et 13, la face latérale 26 de chaque coin 13 qui s'appuie contre la garniture de friction 27 de l'encagement 29 a une forme convexe arrondie à génératrices verticales La garniture offre à cette surface arrondie 26 une surface d'appui plane. Pour le reste, ce mode de réalisation est conforme au précédent. Comme le montre la figure 13, grâce à cet appui convexe sur plan, les conditions d'appui sont peu modifiées lorsque l'essieu 3 s'oriente autour d'un axe vertical par rapport au longeron 1. Une telle orientation de l'essieu 3 se produit en courbe, lorsque les deux essieux du bogie tendent, de manière connue, à converger vers le centre de courbure de la courbe en train autre négociée. L'invention n'est pas limitée aux exemples représentés. En particulier la pente des faces supérieures des coins 13, en ce qui concerne sa composante qui applique ceuxci par leur face latérale contre une face de friction du longeron. pourrait être descendante vers le plan longitudinal médian tel que PP, auquel cas la face latérale d'appui des coins 13 serait la face latérale opposée au plan PP. D'autre part, à chaque extrémité de la traverse, au lieu d'un ensemble élastique à deux éléments élastiques 58 disposés en V, il pourrait y avoir deux tels ensembles, situés de part et d'autre d'un plan longitudinal vertical médian de la traverse, symétriquement par rapport à ce plan. REVENDICATIONS 1. Unité ferroviaire, telle que wagon ou bogie, à au moins deux essieux t3) dont chaque extrémité est associée à une bote d'essieu (9) et à deux systèmes élastiques (12) travaillant chacun en compression entre une oreille (11) de la boîte d'essieu (9) qui soutient inférieurement le système élastique (12) et un coin (l3) qui coiffe le système élastique (12), une face en pente (16) de chaque coin (13) s'appuyant sous une face à pente correspondante (18) du châssis de maniere à solliciter une face frontale (21) du coin (13) en appui frottant contre une face latérale (23) de la boîte d'essieu (9), caractérisée en ce que la ligne de plus grande pente (24) de chaque coin (13) forme un angle avec un plan longitudinal vertical médian CPP) de l'unité ferroviaire, de manière à solliciter en outre une face latérale (26) du coin (13) en appui frottant contre une face latérale (28) du châssis transversale à la direction axiale t4) de chaque essieu (3). Unité ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que, vue de dessus, l'une au moins (26) des +aces, comprenant, pour chaque coin, la face latérale (26) du coin (13) et la face latérale associée (28) du châssis (1), est convexe. Unité ferroviaire conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que la face latérale (26) du coin (13) est convexe. 4. Unité ferroviaire conforme à l'une des revendications i à 3, caractérisée en ce que, à chaque extrémité d'essieu, les faces latérales (28) du châssis (1) associées aux deux coins (13) sont ménagées à l'intérieur d'encagements (29) ouverts l'un vers l'autre embrassant les coins (13) de part et d'autre de la boîte d'essieu (9). 5. Unité ferroviaire conforme à la revendication 4. caractérisée en ce que chaque encagement (29) présente au voisinage de la boîte d'essieu (9), deux bords (33) aménagés en butées coopérant avec des butées correspondantes (37) de la boîte d'essieu pour limiter le déplacement de la boîte d'essieu (9) dans les deux sens selon une direction sensiblement parallèle a l'axe géométrique (4) de l'essieu (3). 6. Unité ferroviaire conforme à la revendication caractérisée en ce que les deux encagements sont aménagés en butées (34) limitant de part et d'autre de la boîte d'essieu (9) le déplacement de cette dernière selon une direction parallèle au sol et transversale à l'axe géométrique (4) de l'essieu (3). 7. Unité ferroviaire selon l'une des revendications l à 6, caractérisée en te que les coins (13) s'appuient sous les faces (18) à pente correspondante du châssis avec interposition de tampons (17) en caoutchouc ou analogue.