Brevet FR2644743A1 — publié le 19900928

La présente invention concerne un bogie à châssis déformable. De tels bogies comprennent en général deux longerons entre lesquels s'étendent au moins deux essieux sur lesquels s'appuient les longerons, et au moins une traverse qui reçoit le poids du véhicule supporté par le bogie. La traverse s'appuie par chacune de ses extrémités sur l'un des longerons. Dans les unités ferroviaires à châssis déformable, les deux longerons peuvent se déplacer indépendamment l'un de l'autre, en particulier dans le plan vertical. Ceci permet aux bogies de circuler sur des voies en très mauvais état sans que le châssis subisse des contraintes excessives et sans que les roues risquent de perdre le contact avec la voie ferrée. - Pour permettre ces déplacements relatifs entre les deux longerons, chaque extrémité de la traverse est reliée au longeron associé par une liaison déformable. De plus, les extrémités des essieux peuvent avoir une certaine liberté de mouvement par rapport aux longerons, notamment selon la direction longitudinale des longerons, pour permettre aux deux essieux de prendre une configuration convergente lors de l'inscription en courbe. On connaît une disposition dans laquelle les longerons font partie des masses non suspendues, c'est-à- dire que le dispositif élastique de suspension est interposé entre chaque extrémité de traverse et le longeron associé. L'extrémité de traverse-est engagée dans un encagement formé dans le longeron, et repose sur une face inférieure de l'encagement par l'intermédiaire de ressorts de compression. Pour amortir les oscillations verticales, des coins poussés par des ressorts sont interposés entre les faces latérales avant et arrière des extrémités de traverse et les faces latérales correspondantes des encagements. Lorsque l'extrémité de traverse oscille verticalement dans l'encagement, le coin avant et le coin arrière associés à cette extrémité oscillent avec elle et frottent contre les faces latérales précitées de l'encagement, sensiblement transversales à la direction de marche, ce qui produit un amortissement. Les bogies de ce type présentent l'inconvénient que les longerons ne sont pas empêchés d'avoir certains mouvements longitudinaux l'un par rapport à l'autre. Par - conséquent, 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 à limiter la vitesse de circulation de ce type de matériel. Au-delà de la vitesse limite, il y a risque d'apparition d'un mouvement de lacet, susceptible de s'amplifier de manière incontrôlable 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. L'invention vise ainsi un bogie comprenant deux éléments longitudinaux tels que des longerons entre lesquels s'étendent des essieux et au moins un élément transversal tel qu'une traverse, l'élément transversal formant à chacune de ses extrémités avec l'un des éléments longitudinaux et avec un élément intercalaire à effet de coin une liaison déformable dans laquelle l'élément intercalaire, sous l'action de moyens élastiques, s'appuie par une face oblique contre une face oblique d'un premier des éléments longitudinal et transversal de la liaison de façon à engendrer un appui frottant entre deux premières faces de friction transversales à la direction de marche du bogie qui appartiennent respectivement à deux des trois éléments de la liaison et qui sont en mouvement relatif en cas de mouvement relatif vertical entre l'élément longitudinal et l'élément transversal de la liaison. Suivant l'invention, le bogie est caractérisé en ce que la ligne de plus grande pente des faces obliques forme un angle avec un plan longitudinal médian du bogie, de façon à engendrer un appui frottant entre au moins une paire de faces de référence sensiblement parallèles au plan longitudinal médian et qui appartiennent respectivement à l'élément longitudinal et à l'élément transversal de la liaison. Ainsi, l'effet de coin est utilisé non seulement pour créer une force d'amortissement par frottement sec, mais en outre pour appuyer l'une contre l'autre des faces de référence de l'élément longitudinal et de l'élément transversal. Sauf effort particulièrement important, la traverse reste orientée perpendiculairement au longeron. Même en cas d'effort particulièrement important, la force de rappel des coins limite le mouvement longitudinal relatif qui peut se produire entre les deux longerons. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci- après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un bogie selon l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus des liaisons déformables entre une extrémité de traverse et l'un des longerons, en coupe selon le plan II-II de la figure 3; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, le longeron étant toutefois coupé selon la ligne IIIa-IIIa de la figure 2; - la figure 4 est une vue selon la flèche IV de la figure 2, avec toutefois coupe partielle de l'un des coins selon la ligne IVa-IVa de la figure 2; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 2 - la figure 6 est une vue analogue à la figure 2 mais illustrant une situation de désalignement de la traverse par rapport au longeron; et - la figure 7 est une vue analogue à la figure 2 mais concernant une variante de réalisation. Dans l'exemple représenté à la figure 1, le bogie comprend un chassis 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, situé à mi-distance entre les rails 2. Dans la suite, on supposera que les deux rails 2 sont dans un même plan, et 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 1, chaque essieu 3 porte deux roues 6. Au- delà de chaque roue 6, les essieux 3 ont un prolongement axial supporté par un palier dans une boîte d'essieu 7 sur laquelle repose le longeron. La liaison mécanique déformable qui est réalisée entre chaque boite d'essieu 7 et le longeron 1 associé n'est pas représentée en détail car elle est de type connu. Il suffit simplement de mentionner ici que cette liaison permet à chaque essieu 3 de se déplacer dans un plan vertical passant par son axe 4 par rapport aux longerons 1, et, dans certains modes de réalisation, permet également aux essieux 3, comme cela est connu en soi, de se placer lors de l'inscription en courbe, dans une position de convergence vers le centre de la courbe. ces liaisons n'empêchent donc pas la configuration a priori rectangulaire définie par des deux longerons 1 et les deux essieux 3 de devenir, en service, une configuration sensiblement en parallélogramme susceptible de provoquer un déraillement puisque les essieux 3 ne sont plus, alors, perpendiculaires à la direction de marche. Au milieu de sa longueur, chaque longeron 1 présente une ouverture ou encagement 8 dans lequel est engagée l'une des extrémités 9 d'une traverse 11 qui est parallèle aux essieux 3 lorsque le bogie est au repos, et qui a pour plan vertical médian le plan transversal vertical médian TT du bogie. La traverse 11 est donc située à mi-distance entre les essieux 3. Au milieu de sa longueur, la traverse 11 présente sur sa face supérieure une articulation 12 d'axe vertical qui n'est représentée que de manière schématique pour l'articulation au châssis d'un wagon supporté par le bogie. De part et d'autre de l'articulation 12, la travers- 11 présente des semelles d'appui 13 qui supportent de manière glissante le poids du wagon. Le poids du wagon est transmis aux longerons 1 par chaque extrémité de traverse 9 qui s'appuie sur une face inférieure 14 de l'encagement 8 correspondant par l'intermédiaire de ressorts de suspension 16, 17. Les ressorts 16, qui dans l'exemple sont au nombre de six sous chaque extrémité de traverse (voir figure 2), s'appuient directement contre la face inférieure de l'extrémité de traverse. Les ressorts de suspension 17 sont au nombre de deux pour chaque extrémité de traverse. Chacun d'eux s'appuie contre la face inférieure 18a (figures 1 et 4) d'un coin 18 respectif. A chaque extrémité de traverse 9, chacun des deux coins 18 s'appuie de manière glisante par une face oblique 18b (figure 5) contre une face oblique de pente correspondante 9a de l'extrémité 9 de la traverse 11, et par une première face de friction 18c (voir partie droite de la figure 4) contre une première face de friction correspondante 8a de l'encagement 8. Les faces obliques 9a de la traverse sont aménagées latéralement sur l'extrémité de traverse 9 et convergent vers le bas. Elles sont définies par des garnitures de glissement 19. Les premières faces de friction 18c, 8a sont perpendiculaires à la direction de marche du bogie (direction des rails 2). Elles sont définies par des garnitures de friction 21, solidaires des coins 18, et respectivement 22 solidaires du longeron 1. Les garnitures 22 sont fixées contre des faces latérales de l'encagement 8. Comme le montre la figure 4, la disposition est symétrique de part et d'autre du plan vertical transversal médian TT et, pour la commodité de l'exposé, on considère que chaque extrémité de traverse 9 est reliée au longeron 1 associé par deux liaisons déformables situées de part et d'autre du plan TT et comprenant chacune en particulier l'un des coins 18. Ces liaisons sont qualifiées de déformables car elles permettent à l'extrémité 9 de la traverse de se déplacer verticalement dans l'encagement 8 moyennant friction des premières faces de friction 18c et Sa. Cette friction, destinée à amortir les oscillations de la traverse 9 dans l'encagement 8, résulte de la poussée des ressorts 17, poussée qui est dirigée vers le haut et que l'appui glissant entre les faces obliques 18b du coin 18 et 9a de la garniture 19 transforme en une poussée horizontale PL dirigée selon la direction longitudinale des longerons 1 et appliquant la première face de friction 18c de chaque coin 18 contre la première face de friction 8a associée de l'encagement 8. Les mouvements de la traverse 11 par rapport au longeron 1 peuvent être des mouvements de translation verticale, des mouvements de rotation autour d'un axe horizontal parallèle à la direction d'avancement, ou encore une combinaison de ces deux mouvements. La liaison déformable permet également à la traverse de pivoter autour d'un axe horizontal transversal tel que l'axe A (figure 4). Ceci est nécessaire pour que les longerons puissent s'orienter indépendemment 1 un de l'autre aans leur plan vertical respectif. Lorsque la traverse 11 subit des rotations par rapport à l'un ou l'autre des longerons 1, l'appui entre les faces obliques 9a et 18b de la traverse et respectivement des coins 18 se modifie légèrement. Les inconvénients qui pourraient en résulter sont minimisés par la forme légèrement bombée de la face oblique 18b des coins 18, comme le montre la figure 2. En deçà de chaque face oblique 9a (figure 2), l'extrémité de traverse 9 présente une face de positionnement longitudinal 9b, dont le rôle sera explicité plus loin, qui est située face à la garniture 22 et présente un faible jeu par rapport à celle- ci. La face 9b est située entre un épaulement 9c de raccordement avec la face oblique 9a, et une face de référence 9d qui est parallèle au plan longitudinal médian PP du bogie et qui est portée par une oreille 9e de la traverse. La face 9d est définie par une garniture de friction 23 et elle est destinée à être en contact frottant avec une face de référence la définie par une garniture de friction 24 fixée contre une face intérieure du longeron i le long du bord vertical intérieur de l'encagement 8. De plus, comme le montre la figure 2, la ligne L de plus grande pente des faces obliques 18b, 9a du coin 18 et respectivement de la traverse 9 forme un angle avec le plan longitudinal vertical médian PP du bogie. A la figure 2, cet angle est visualisé par l'angle B entre chaque plan vertical passant par l'une des lignes L et un plan PP1, parallèle au plan PP. On a choisi le plan PP1 au lieu du plan PP dans le but de réduire l'encombrement de la figure. Chaque angle B est orienté de telle manière que les faces 9a et 18b convergent avec le plan TT vers l'intérieur du bogie lorsque celui-ci est vu de dessus (figure 2). Ainsi, la poussée horizontale PE subie par chaque coin 18 en conséquence de l'appui mutuel glissant entre les faces obliques 9a et 18b est dans le plan vertical passant par la ligne de plus grande pente L desdites faces obliques, et a ainsi deux composantes, à, savoir la composante PL précitée d'appui de la face de friction 18c contre la face de friction 8a et une composante PT dirigée horizontalement vers le plan PP et provoquant un appui frottant entre deux secondes faces de friction 18d et lb appartenant respectivement au coin 18 et au longeron 1. Les faces 18d et lb sont parallèles au plan longitudinal médian PP du bogie. La face de friction lb est définie par une garniture de friction 26 fixée contre la face extérieure du longeron 1 le long d'un bord vertical extérieur de l'encagement 18. Les faces la et lb sont donc opposées l'une à l'autre et situées de part et d'autre de la face de friction 8a. La face 18d est définie par une garniture de friction 27 fixée au coin 18. Les faces de friction 18c et 18d du coin 18 forment sensiblement un dièdre orthogonal concave à arête verticale. La composante PT de la poussée Pa sollicite ainsi le longeron 1 en appui de sa face de référence la contre la face de référence 9d de la traverse 11. De manière plus imagée, chaque coin 18 fonctionne comme la mâchoire mobile d'une pince qui serrerait le longeron 1 contre la mâchoire fixe constituée par l'oreille 9e et plus particulièrement par la face de référence 9d de cette dernière. A chaque extrémité 9 de traverse, les deux faces de référence 9d de la traverse 11 sont coplanaires et les deux faces de référence la du longeron 1 sont également coplanaires. Au repos, ces quatre faces sont donc dans un même plan PPz (figure 2), et ce plan est parallèle au plan PP. La direction longitudinale de la traverse est alors perpendiculaire à la direction longitudinale du longeron. Lorsque cette situation est réalisée aux deux extrémités de la traverse, les deux longerons sont parallèles l'un à l'autre et la traverse est perpendiculaire à la direction de marche du bogie. Par conséquent, aucun des deux longerons n'est en avance sur l'autre. En d'autres termes, à l'égard des mouvements de lacet, le châssis se comporte comme un châssis rigide. La poussée transversale PT tend en permanence à maintenir cette situation et par conséquent le bogie fait preuve de stabilité à l'encontre des mouvements longitudinaux des longerons l'un par rapport à l'autre. Chaque oreille 9e est terminée par une face de butée 9f qui coopère avec un épaulement de butée lc que présente chaque longeron 1 au-delà de la face de référence la. La face 9f et l'épaulement lc sont sensiblement parallèles au plan transversal médian TT du bogie. L'une ou l'autre de ces faces peut cependant avoir en coupe dans un plan parallèle au plan PP, un profil légèrement convexe pour permettre la rotation relative longeron-traverse autour de l'axe A (figure 4). Grâce à l'appui des deux faces opposées 9f de chaque extrémité 9 contre les deux épaulements opposés lc du longeron 1 associé, une éventuelle rotation de la traverse 11 dans le plan horizontal par rapport à un longeron i a nécessairement pour axe un axe vertical voisin du plan PP2 représenté à la figure 2. La situation en cas d'une telle rotation est représentée à la figure 6. L'une des paires de surfaces de référence la, 9d est en état de décollement ce qui a obligé le coin 18 associé à s'enfoncer moyennant compression du ressort 17 associé (non représenté à la figure 6). Cette compression n'est pas compensée par une détente correspondante de l'autre ressort 17 associé à l'autre coin 18 puisque, de l'autre côté du plan TT, l'écartement entre la mâchoire fixe constituée par l'oreille 9e et la mâchoire mobile constituée par le coin 18 n'a pratiquement pas varié. La situation représentée à la figure 6 ne peut donc résulter que d'efforts de marche qui surpassent les forces de stabilité engendrées par la structure selon l'invention. Même dans ce cas, les forces de stabilité précitées limitent l'amplitude de la déformation indésirable. Comme représenté à la figure 6, l'angle maximal D de rotation relative autour de l'axe précité est déterminé par appui de l'une ou l'autre des faces 9b contre la garniture 22 du longeron 1. La structure qui vient d'être décrite augmente considérablement les forces de frottement susceptibles d'amortir les oscillations verticales de l'extrémité de traverse par rapport au longeron associé. En effet, pour une poussée horizontale PE donnée, qui est fonction de la force du ressort 17 et de la pente des faces obliques 9a, 18b, la structure engendre un frottement soumis à une force d'appui PL et un frottement soumis à une force d'appui PT, la somme des valeurs absolues de PL. et PT étant supérieure à la valeur absolue de Pa., comme le montre la figure 2. Le mode de réalisation simplifié de la figure 7 ne sera décrit qu'en ce qui concerne ses différences par rapport au précédent. Dans ce mode de réalisation, chaque coin 18 ne comporte plus de seconde face de friction, et les secondes faces de friction des longerons ont également été supprimées. Dans ces conditions, la poussée PE subie par chaque coin 18 est entièrement transmise à la face de friction 8a de l'encagement 8. La face 8a subit donc une force de pression PL et une force PT qui est transmise à la face 8a et par conséquent au longeron 1 grâce à la friction résultant de la force pressante PL. La force PT est dirigée vers la face de référence 9d de la traverse 11 et sollicite par conséquent le longeron 1 dans le sens appliquant la face de référence la de celui-ci contre la face de référence 9d de la traverse. Pour limiter le déplacement des coins 18 vers le plan PP sans annuler par une force de réaction sur le coin 18 la composante PT, chaque coin 18 présente une face verticale 18e ayant, vue de dessus, une certaine inclinaison et s'appuyant avec glissement contre une face verticale 9f, d'inclinaison correspondante, définie par une garniture de glissement 28 fixée à l'extrémité 9 de la traverse 11. Le glissement entre les faces 18e et 9f contribue à transformer la poussée du ressort 17 en une poussée horizontale Pu ayant des composantes PL et PT précitées. Les faces 18e et 9f sont sensiblement parallèles à la ligne de plus grande pente L. La traverse 11 présente en regard de la face extérieure de chaque longeron 1 de part et d'autre du plan TT une butée 29 qui limite le débattement latéral du longeron 1 par rapport à la traverse 11 pour le cas o les coins 18 et en particulier les composantes PT de chaque poussée P. seraient insuffisantes pour maintenir les faces de référence la et 9d en appui mutuel. Dans tous les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, chaque longeron est empêché par les butées lc - 9f d'avoir un mouvement de translation parallèle à la direction de marche par rapport à la traverse 11. De plus, des forces de stabilité s'opposent au pivotement de chaque longeron 1 par rapport à la traverse autour d'un axe vertical. Dans ces conditions, les longerons 1 sont en permanence rappelés vers une position relative dans laquelle aucun d'eux n'est en avance ou en retard sur l'autre. De la sorte, les risques que les essieux prennent des orientations indésirables dans le plan horizontal sont minimisés. Les poussées dirigées selon l'axe de la traverse, qui tendent à décoller les faces de référence la et 9d du longeron et respectivement de la traverse sont amorties par la compression supplémentaire des ressorts 17 placés sous chaque coin, en raison de l'inclinaison suivant les lignes L des faces 18b et 9a des coins et respectivement de la traverse. La structure selon l'invention n'empêche pas les essieux de prendre, si les liaisons déformables essieux-longerons le permettent, des orientations convergentes pour l'inscription en courbe sous l'effet des forces spécifiques s'exerçant sur les essieux dans ce cas, comme cela est bien connu. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. En particulier, les moyens élastiques qui sollicitent les coins tels que 18 pourraient s'appuyer sur la traverse au lieu de s'appuyer sur le longeron, de manière à avoir une action indépendante de l'état de compression des ressorts de suspension. Les faces obliques du coin peuvent coopérer avec des faces obliques du longeron, les première et seconde faces de friction étant alors portées par le coin et la traverse. L'angle B entre le plan vertical passant par la ligne de plus grande pente des faces obliques et le plan longitudinal vertical médian tel que PP doit bien entendu être orienté de façon qu'il en résulte une force d'appui mutuel entre les faces de référence telles que la et 9d. Dans l'exemple de la figure 7 les faces de friction entre coin et longeron pourraient être verticales comme dans ledit exemple, mais inclinées pour être par exemple perpendiculaires à la poussée horizontale Pa. REVENDICATIONS 1. Bogie comprenant deux éléments longitudinaux tels que des longerons (1) entre lesquels s'étendent des essieux (3) et au moins un élément transversal tel qu'une traverse (11), l'élément transversal (11) formant à chacune de ses extrémités (9) avec l'un des éléments longitudinaux (1) et avec un élément intercalaire à effet de coin (18) une liaison déformable dans laquelle l'élément intercalaire (18), sous l'action de moyens élastiques (17), s'appuie par une face oblique (18b) contre une face oblique (9a) de l'un (11) des éléments longitudinal (1) et transversal (11) de la liaison de façon à engendrer un appui frottant entre deux premières faces de friction (18c, 8a) transversales à la direction de marche du bogie, qui appartiennent respectivement à deux (18, 1) des trois éléments (18, 1, 11) de la liaison et qui sont en mouvement relatif en cas de mouvement relatif vertical entre l'élément longitudinal (1) et l'élément transversal (11) de la liaison, caractérisé en ce que la ligne de plus grande pente (L) des faces obliques (18b, 9a) forme un angle (B) avec un plan longitudinal médian (PP) du bogie, de façon à engendrer un appui frottant entre au moins une paire de faces de référence (la, 9d) sensiblement parallèles au plan longitudinal médian (PP) et qui appartiennent respectivement à l'élément longitudinal (1) et à l'élément transversal (11) de la liaison. 2. Bogie selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque liaison comprend en outre une seconde paire de faces de friction (18d, lb) sensiblement parallèle aux faces de référence (9d, la), l'une (18d) des faces de friction de la seconde paire appartenant à l'élément intercalaire (18) et l'autre (lb) appartenant à l'un (1) des éléments longitudinal (1) et transversal (11) de la liaison, et étant opposé à la face de référence (la) de ce dernier (1). 3. Bogie selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans chaque liaison l'élément intercalaire (18) comprend deux faces de friction (18c, 18d) disposées en dièdre et appartenant l'une à la première paire de faces de friction (Sa, 18c) et l'autre à la seconde paire de faces de friction (lb, 18d). 4. Bogie selon la revendication 2, dans lequel, dans chaque liaison, les premières faces sont une face (18c) de l'élément intercalaire (18) et une face (Sa) d'un encagement (8) de l'élément longitudinal (1), caractérisé en ce que l'élément longitudinal (1) comporte de part et d'autre de sa face de friction (8a) appartenant à la première paire, une face de référence (la) de la paire de faces de références (la, 9d) et une face de friction (lb) appartenant à la seconde paire (lb, l8d) et tournée en direction opposée à ladite face de référence (la). 5. Bogie selon la revendication 1, dans lequel l'une des premières faces de friction est portée par l'élément intercalaire (18), caractérisé en ce que la force d'appui (PT) entre les faces de référence (la, 9d) est transmise par la friction entre les deux premières faces de friction (Sa, 18c) à celui (1) des éléments longitudinal (1) et transversal (11) qui porte l'autre première face de friction (8a). 6. Bogie conforme à l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'il est prévu deux liaisons déformables précitées entre chaque élément longitudinal (1) et l'extrémité correspondante (9) de l'élément transversal (11), ces deux liaisons déformables étant symétriques de part et d'autre d'un plan vertical médian (TT) de l'élément transversal (11), les deux faces de référence (la) de chaque élément longitudinal (1) étant coplanaires, et les deux faces de référence (9d) correspondantes de l'élément transversal (11) étant également coplanaires. 7. Bogie conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'angle (B) entre le plan longitudinal médian (PP) et un plan vertical passant par la ligne de plus grande pente (L) des faces obliques (18b, 9a) est de 25 environ.