Brevet FR2648417A1 — publié le 19901221

L'invention se rapporte a un dispositif de suspension et d'amortissement pour véhicules ferroviaires a essieux orientables, du type connu, par exemple, par le brevet français 1.256.132, les certificats d'addition 77428 et 82179 rattachés au brevet français precite ainsi que par les brevets français 2.477.090 et 2.490.172. Les dispositifs de suspension et d'amortissement de ce type qui peuvent etre utilisés pour rendre orientables. les essieux d'un boggie par rapport au chassis de boggie ou les essieux d'un wagon par rapport au chassis ou à la caisse du wagon, comprennent, pour chaque essieu, deux boites d'essieux sur chacune desquelles le thassis à suspendre prend appui par deux ressorts helicoTdaux de compression disposes de part et d'autre de la boite. Chaque ressort est coiffé d'un chapeau et la liaision entre le chassis et les deux chapeaux est assurée par deux paires d'élements de liaison articulés sur les chapeaux et sur le chassis de telle maniere que les lignes d'action des deux paires d'elements de liaison convergent vers le bas. La boite d'essieu présente, dans la direction longitudinale du chassis, une liberte de déplacement limitée par deux plaques de garde solidaires du chassis et deux poussoirs guides dans les dites plaques de garde sont intercales entre les chapeaux et la boite d'essieu, ces poussoirs frottant sur les deux côtes opposés de la boite essieu. Les poussoirs sont guides dans les plaques de garde soliflaires du chassis a suspendre de manière a etre mobiles suivant leurs axes, les axes des poussoirs etant orthogonaux a l'axe de l'essieu lorsque ce dernier n'a pas subi d'orientation. Lorsque l'essieu a subi une orientation, les axes des poussoir's ne sont plus perpendiculaires a l'axe de- l'essieu et les conditions de frottement des poussoirs sur les côtes de la botte d'essieu se trouvent modifiées dans des proportions qui sont fonction de l'angle d'orientation, cette modification pouvant aller jusqu'a un coincement préjudiciable a l'orientation de l'essieu. Cette orientation des essieux n'a pas de conséquence tres importante sur la fonction de frottement des poussoirs dans le cas d'essieux de boggie, du fait qu'en raison du faible empattement des essieux de boggies, cette orientation peut être limite dans ce cas à des valeurs angulaires très faibles. I1 n'en est pas de même dans le cas des véhicules a deux essieux seulement. En effet, sur de tels véhicules, l'empattement des essieux est relativement important. Par conséquent, une bonne orientation des essieux, implique des angles d'orientation relativement importants auquel cas les conditions de frottement des poussoirs deviennent incontrôlables. C'est la raison pour laquelle de tels dispositifs de suspension et d'amortissement n'ont été utilisés jusqu'a present que sur des essieux de boggies. Pour tenter de remedier à ces conditions de frottement aléatoires des poussoirs, on pourrait imaginer de graisser les poussoirs ou d'augmenter les jeux mais chacune de ces deux dispositions altérerait la stabilité transversale du vehicule, laquelle dépend essentiellement des conditions de frottement des poussoirs sur la boite d'essieux. La presente invention a pour objet un dispositif de suspension et d'amortissement pour véhicules ferroviaires a essieux orientables, remediant aux inconvenients des dispositifs connus de ce type c'est a dire permettant l'orientation des essieux sans affecter la stabilite transversale du vehicule. L'invention a egalement pour objet un dispositif de suspension et d'amortissement conçu de manière a pouvoir etre utilisé pour des essieux autres que des essieux de boggies et en particulier pour des essieux de véhicules à deux essieux seulement. Le dispositif conforme à l'invention de suspension et d'amortissement pour véhicules ferroviaires à essieux orientables comprend, pour chaque essieu, deux bottes d'essieux sur chacune desquelles le châssis à suspendre (chassis de boggie ou caisse de wagon) prend appui par deux ressorts helicoTdaux de compression disposés de part et d'autre de chaque boite. Chaque ressort est coiffe d'un chapeau et la liaison entre le chassis et les deux chapeaux est assuree par deux paires d'éléments de liaison articulés sur les chapeaux et sur le chassis de telle maniere que les lignes d'action des deux paires d'eléments de liaison convergent vers le bas. La boite d'essieu presente, dans la direction longitudinale du chassis, une liberté de déplacement limitée par deux plaques de garde solidaires du chassis. Deux poussoirs guidés dans les dites plaques de garde sont intercalés entre les chapeaux et la boite d'essieu, ces poussoirs frottant sur les deux côtés opposés de la boite d'essieu. Suivant l'invention, chaque poussoir est un poussoir articulé comprenant une tige guidée dans la plaque de garde et une semelle de frottement en contact avec la boite d'essieu, la semelles étant articulée sur la tige. Grace a l'utilisation de poussoirs articulés, les conditions de frottement des poussoirs sur la boite d'essieu ne sont pas affectées par l'orientation de l'essieu, ce qui autorise sans altération de la stabilité latérale du vehicule, des angles d'orientation relativement importants de l'essieu, tels q-u'ils sont nécessaires pour permettre une inscription correcte dans les courbes des essieux de véhicules a grand empattement, par exemple de wagons a deux essieux. De preférence, chaque tige de poussoir presente, son extremité tournee vers la boite d'essieu, un trou borgne a fond hémisphérique et la semelle de frottement comporte, a l'opposé de sa face de frottement, une tête sphérique en saillie coopérant avec le fond hémisphérique du trou borgne de la tige. De préférence, la tête sphérique en saillie sur la semelle de frottement se raccorde a cette derniere par un col de diamètre plus faible que le diametre de la tète et est maintenue dans le trou borgne de la tige par un anneau de retenue engagé dans une gorge du trou borgne. Grâce au fait que la surface de frottement de la semelle des poussoirs conserve toujours quel que soit l'angle d'orientation de l'essieu, la méme position parallèle à la surface de frottement conjuguée sur la boite d'essieu, il est possible d'encastrer la semelle de frottement des poussoirs dans une rainure horizontale ménagée dans un coulisseau lui-meme mobile verticalement sur la boite d'essieu. Un tel agencement permet de dissocier les deux fonctions de frottement qui interviennent, sur de tels dispositifs de suspension, a des fins d'amortissement entre les poussoirs et la boite d'essieu, a savoir un .frottement horizontal pour l'amortissement des mouvements transversaux (stabilite transversale) et un frottement en direction verticale pour 1 'amortissementdes mouvements verticaux (stabilité-verticale).- De plus, il est possible dans ce cas d'adapter les couples de materiaux de maniere a obtenir des conditions de frottments optimales en direction verticale et en direction horizontale. Il est ainsi possible, par exemple, de choisir le couple acier-matiere plastique entre le coulisseau et la boite d'essieu afin d'obtenir un faible frottement vertical, et le couple acier-acier entre la semelle du poussoir et le coulisseau, afin d'obtenir un frottement élevé dans le sens horizontal. En se referant aux dessins annexes, on va decrire ci-aprés, plus en détail, un exemple de réalisation illustratif et non limitatif d'un dispositif conforme à l'invention ; sur les dessins les figures la et 1 b representent schematiquement en élévation et en coupe horizontale les conditions de contact de poussoirs non articulés avec une boite d'essieu lors de l'orientation de l'essieu, les figures 2a et 2b representent de la même maniere les conditions de contact en cas d'utilisation de poussoirs articulés, la figure 3 represente, en détail, la coupe verticale d'un dispositif de suspension et d'amortissement conforme å l'invention, la figure 4 represente a plus grande echelle la structure d'un poussoir articulé. Sur la figure la qui represente schématiquement un dispositif connu de suspension et d'amortissement d'un chassis 1 (chassis de boggie ou chassis ou caisse de wagon), une boite d'essieu 2 dans laquelle est monté un essieu 3 avec roues 4 presente horizontalement, dans la direction longitudinale du chassis 1, une mobile limite par deux plaques de garde 5 solidaires du chassis 1 et encadrant la boite d'essieu 2 avec du jeu sur les deux côtes opposés. Le chassis 1 prend appui sur la boite d'essieu 2 par l'intermédiaire de deux ressorts helicoTdaux de compression 6 dont les extrémites inférieures portent sur des oreilles latérales 7 de la boite d'essieu 2. Les ressorts 6 sont coiffés, chacun à son extremfte superfeure, par un chapeau 7 sur lequel est articulee, par un axe horizontal 8, l'extremite supérieure d'une paire d'élencnts de liaison 9 dont l'extrémité inferieure est articulée par un axe horizontal 10 sur des pattes laterales 11 de la plaque de garde 5 correspondante. Un poussoir 12 guidé dans chacune des plaques de garde 5 est intercale entre chaque chapeau 7 et un côte de la boite d'essieu 2, le poussoir 12 comprenant une tige 13 guidée dans la plaque de garde 5 de manière à pouvoir coulisser dans la direction longitudinale du chassi 1, la tige 13 portant par son extrémité libre contre le chapeau 7 et présentant a son autre extremite une semelle de frottement 14 en contact avec une garniture de frottement 15 rapportee sur la boite d'essieu 2. Des dispositifs de suspension de ce type sont bien connus notamment par les brevets déjà mentionnes. Comme le montre la figure lb, l'angle que les axes des tiges 13 des poussoirs 12 font avec l'axe de l'essieu 3 varfe lors de l'orientation de l'essieu dans les courbes. ce qui modifie les conditions de contact des semelles 14 des poussoirs 12 avec les garnitures de frottement 15 de la boite d'essieu 2. I1 en resulte une modification des conditions de frottement entre la semelle 14 et la garniture 15, d'oit une variation de l'effet d'amortissement transversal, donc une variation de la stabilité transversale du vehicule. Cette variation des conditions de frottement qui peut aller jusqu'à un coincement est d'autant plus importante que l'amplitude de l'orientation de l'essieu 3 est grande, le degré d'orientation etant fonction de l'empattement des essieux du véhicule et du rayon de la courbe. Les figures 2a et 2b représentent un dispositif de suspension et d'amortissement ayant la meme structure genérale que celui des figures la et lb, mais utilisant a la place des poussoirs rigides 12 des figures la et lb, des poussoirs articules 16 entre les chapeaux 7 coiffant les ressorts 6 et la boite d'essieu 2. Chaque poussoir articule 16 qui sera décrit plus en détail ci-aprés, a l'aide des figures 3 et 4, comprend une tige 17 montee coulissante suivant la direction longitudinale du chassis 1 dans la plaque de garde 5, et une semelle de frottement 18 en contact avec un côte de la boite d'essieu 2, la tige 17 étant reliée a la semelle 18 par une articulation 19. Tel que cela apparaît sur la figure 2b, l'articulation 19 des poussoirs 16 permet aux semelles de frottement 18 de conserver, quelle que soit l'orientation de l'essieu 3, toujours les mêmes conditions de frottement avec les garnitures de frottement 15 prevues sur la boite d'essieu 2. Selon la figure 4 qui représente, en détail, un poussoir articulé 16, la tige 17 comporte, a son extrémité tournee vers la semelle 18, un trou borgne 20 a fond 21 hémisphérique. La semelle de frottement 18 porte, en saillie sur sa face tournée vers la tige 17, une tete 22 sphérique qui, dans l'exemple représenté, correspond a un segment spherique a une base, d'une hauteur légèrement superieure au rayon de sphére. La tete 22 se raccorde a la semelle 18 par un col 23 de diamètre inférieur au diamètre de la tete 22. Ld tete 22 est maintenue dans le trou borgne 20 par un anneau de retenue 24 engage dans une gorge du trou borgne 20, de telle manière que la tête 22, en contact avec le fond hémisphérique 21 du trou borgne 20, possède une liberté suffisante pour permettre l'orientation de la semelle 18 par rapport a la tige 17 dans les limites necessaires compte tenu des possibilités d'orientation de l'essieu 3 entre les plaques de garde 5. Sur la figure 3 qui est une coupe detaillée d'un mode de realisation du dispositif de suspension conforme à l'invention, on reconnait que la semelle 18 de chaque poussoir 16 est encastree et mobile horizontalement dans une rainure 25 d'un coulisseau 26, lui-même mobile verticalement dans une rainure 27 d'une glissière 28 fixée latéralement sur la boite d'essieu 2. Cela permet de dissocier le frottement dans le sens horizontal qui détermine l'amortissement transversal c'est a dire la stabilite transversale du véhicule, du frottement vertical qui détermine l'amortissement des mouvements verticaux. I1 est ainsi possible en particulier de choisir, selon les besoins, les couples de matériaux en contact déterminant le frottement horizontal et le frottement vertical, afin d'obtenir ainsi un frottement élevé et egalement un amortîsseient élevé dans le sens horizontal - (stabilite transversale) * et un frottement faible, donc egalement un amortissement faible, dans le sens vertical. On recon"haft par ailleurs sur la figure 3 que les ressorts de suspension 6 sont complétés, de. façon connue en soi, par des ressorts additionnels de suspension 29 disposes a l'intérieur des principaux ressorts 6. L'utilisation conforme a l'invention de poussoirs articulés 16 entre les chapeaux 7 des ressorts de suspension 6 et la boite d'essieu 2, est particulièrement interessante dans le cas d'essieux individuels, c'est à dire sur des vehicules qui ne sont pas à boggie et dont les essieux presentent un grand empattement. Cependant, l'invention est également applicable a des essieux de boggies, notamment sur des véhicules devant évoluer sur des voies presentant des courbes de faible rayon. REVENDICATIONS 1. Dispositif de suspension et d'amortissement pour vehicules ferroviaires à essieux orientables comprenant pour chaque essieu, deux boites d'essieu sur chaque desquelles le chassis a suspendre (chassis de boggie ou caisse de wagon) prend appui par deux ressorts helicoTdaux de compression disposes de part et d'autre de chaque boite, chaque ressort etant coiffe d'un chapeau et la liaison entre le chassis et les deux chapeaux etant assuree par deux paires d'elements de liaison articules sur les chapeaux et sur le chasses, de telle manière que les lignes d'action des deux paires d'éléments de liaison convergent vers le bas, la boite d'essieu présentant, dans la direction longitudinale du chassis, une liberté de déplacement limite par deux plaques de garde solidaires du chassis, et deux poussoirs guides dans les dites plaques de garde étant intercales entres les chapeaux et la boite d'essieu, les dits poussoirs frottant sur les deux côtes opposés de la boite d'essieu, CARACTERISE par le fait que chaque poussoir est un poussoir articulé (16) comprenant une tige (17) guidée dans la plaque de garde (5) et une semelle de frottement (18) en contact avec la boite d'essieu (2), la semelle étant articulée sur la tige. 2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que chaque tige de poussoir (17) présente, à son extrémité tournée vers la boite d'essieu (2), un trou borgne (20) a fond hémisphérique (21) et la semelle de frottement (18) comporte, å l'oppose de sa face de frottement, une tête spherique (22) en saillie coopérant ivec le fond hémisphérique du trou borgne de la tige. 3. Dispositif suivant la revendflcation 2 caractérisé par le fait que la tete sphérique (22) en saillie sur la semelle de frottement (18) se raccorde a cette derniere par un col (23) de diametre plus faible que le diamètre de la tète et est maintenue dans le trou borgne (20) de la tige (17) par un anneau de retenue (24) engage dans une gorge du trou borgne. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait la semelle de frottement (18) de chaque poussoir (16) est encastrée dans une rainure horizontale (25) ménagée dans un coulisseau (26) lui-meme mobile verticalement dans une rainure (27) d'une glissiere (28) disposee sur la boite d'essieu (2).