Brevet FR2651197A1 — publié le 19910301

Roulement pour véhicules ferroviaires L'invention se rapporte à un roulement pour véhicules ferroviaires comprenant un essieu monté qui peut décrire des écarts dans le plan horizontal et est rappelé en position centrée dans ce plan, le châssis du boggie (ou du véhicule) étant appuyé sur les bottes d'es- sieux par l'intermédiaire de ressorts hélicoïdaux et les bottes d'essieux présentant un débattement limité par rapport au chassis du boggie et étant attaquées par des amortisseurs à friction. Dans les roulements, il se pose le problème con- sistant à permettre à l'essieu de décrire en supplément du débattement vertical de la suspension, un écart hori- zontal suffisant et défini. La grandeur caractéristique de l'écart et du rappel de l'essieu à sa position cen- trée, ainsi que l'amortissement spécifique des mouve- ments horizontaux et verticaux de l'essieu déterminent le comportement de roulement des véhicules ferroviaires dans une mesure décisive. Autrement, la marche est mau- vaise et on observe une grande usure du boudin et du rail. C'est ainsi que, dans les roulements du genre précité, il est connu de monter dans une disposition inclinée, d'un côté ou des deux côtés, entre les bottes d'essieux et les ressorts hélicoidaux, des maillons de ressorts qui maintiennent l'essieu dans une position normale déterminée par leur composante de force horizon- tale. C'est ainsi que, par exemple, dans le boggie de wagon de marchandises connu sous la désignation de Y 25, la composante de force horizontale agit contre la botte d'essieu par l'intermédiaire de la coupelle de portée de ressort supérieure, du poussoir et de la plaque d'usure. Dans le cas du maillon de ressort disposé unilatérale- ment sur la botte d'essieu, la botte d'essieu est maintenue contre le guide de botte d'essieu par la compo- sante de force horizontale, qui sert en même temps de force de friction variable en fonction de la charge pour l'amortissement vertical et transversal à l'essieu. Le fait que les bottes d'essieux sont retenues unilatérale- ment contre le guide de botte d'essieu limite fortement l'écart de l'essieu. Par ailleurs, dans le cas d'une translation transversale de l'essieu, la force de flexion des ressorts hélicoïdaux ne suffit pas pour sur- monter la force de friction qui s'exerce entre la botte d'essieu et le guidage de la botte d'essieu ni pour rap- peler l'essieu à sa position centrée. Dans le cas de maillons de ressorts disposés des deux côtés sur la bot- te d'essieu, on peut obtenir un écart radial et un rap- pel à la position centrée mais il subsiste l'inconvé- nient consistant en ce que le rappel de l'essieu de la position écartée en translation transversale à la posi- tion centrée n'est pas assuré. En outrew, dans le cas de l'agencement de maillons des deux côtés, le nombre des organes fonctionnels de l'amortissement qui subissent une forte usure est doublé. On connatt par ailleurs des roulements comportant deux ressorts hélicoidaux montés en série entre lesquels sont disposés des supports inter- médiaires précontraints par une portée de ressort, et qui comportent une plaque de friction destinée à produi- re des forces de friction variables en fonction de la charge (EP O 280 099). Dans cette solution, on peut obte- nir un écart radial de l'essieu mais l'écart radial est déterminé par la raideur transversale des ressorts héli- coidaux et on ne peut donc agir sur cet écart que dans certaines conditions. Par ailleurs, cette solution n'est pas appropriée pour rappeler l'essieu à la position cen- trée lorsqu'il s'est écarté en translation transversale. Par ailleurs, dans le cas de ressorts hélicoidaux agen- cés en série, le nombre des spires terminales dépourvues d'effet élastique est doublé et il en résulte un agran- dissement de la hauteur d'encombrement et un doublement des tolérances de montage. Il est aussi connu d'agencer des surfaces de friction séparées pour l'amortissement vertical et l'amortissement transversal de l'essieu entre le coulis- seau et la botte d'essieu - ainsi qu'entre le guidage de botte d'essieu et la boite d'essieu elle-même (DE 2 206 290). Cette construction présente l'inconvénient d'une très grande consommation de pièces fonctionnelles et de pièces d'usure. Par ailleurs, on connaît des suspensions transversales d'essieux pour boggies de wagons de mar- chandises dans lesquels, dans la découpure de l'essieu, sont montés des éléments élastiques qui sont liés à des plaques de guidage des bottes d'essieux et qui rappel- lent ainsi l'essieu d'une position écartée en transla- tion transversale à sa position centrée (DD 260 693). Toutefois, cette construction exige des dispositifs dis- tincts pour l'écart radial et pour l'amortissement verti- cal. D'autres roulements qui sont habituels dans le cas des voitures de voyageurs prévoit pour l'écart horizon- tal et le recentrage de l'essieu un ensemble trapézoidal de bras oscillants d'essieu et des ressorts de compres- sion qui attaquent la botte d'essieu dans la direction axiale (DE 24 19 989). L'inconvénient de cette construction consiste dans une grande dépense de moyens techniques et dans la nécessité d'associer des amortisseurs aux mouvements ho- rizontaux. Le but de l'invention est d'améliorer la quali- té de marche et le comportement d'usure des roulements. On vise à réduire la charge économique, en particulier pour la maintenance, en réduisant l'usure qui se produit entre la roue et le rail et en réduisant le nombre des éléments qui sont soumis à une usure. La solution doit aussi être appropriée pour les roulements utilisés pour le rattrapage et la transformation. L'invention se donne pour but de rendre l'écart horizontal et le recentrage ainsi que l'amortissement horizontal et vertical de l'es- sieu indépendant des ressorts hélicoïdaux et de faire en sorte que ces fonctions puissent être assurées par un élément fonctionnel robuste spécifiquement agencé. Selon l'invention, le problème est résolu par le fait qu'entre la botte d'essieu et le châssis du bog- gie (ou du véhicule), sont interposés des bras oscil- lants d'essieu montés unilatéralement, à peu près verti- caux, qui peuvent osciller sous contrainte élastique, à peu près dans la direction longitudinale du véhicule, et des surfaces de friction à peu près verticales, qui s'étendent parallèlement à l'axe de l'essieu ou forment un angle aigu avec cet axe, et avec lesquelles les bras oscillants coopèrent sous précontrainte. Selon des caractéristiques de l'invention, les bras oscillants d'essieu peuvent être associés au châs- sis et les surfaces de friction à la botte d'essieu, ou encore les bras oscillants d'essieu peuvent être asso- ciés à la botte d'essieu et les surfaces de friction au châssis du boggie. Par ailleurs, selon l'invention, les bras oscillants d'essieux sont formés par des lames de ressorts ou par des leviers chargés par ressorts et arti- culés d'un côté. Selon d'autres caractéristiques de l'in- vention, les bras oscillants d'essieux sont disposés d'un côté pour chaque botte d'essieu et combinées à des dispositifs de guidage et/ou d'amortissement, connus en soi, disposés sur le côté opposé de la botte d'essieu. Les surfaces de friction peuvent présenter des garnitu- res de friction et être d'une configuration bombée. Les ressorts hélicoidaux peuvent être interposés entre des coupelles de portée de ressorts bombées ou montées élas- tiquement. La plage d'oscillation des bras oscillants d'essieu peut être limitée par des butées. Par ailleurs, les bras oscillants d'essieu peuvent être réglables à l'aide de cales ou de vis de réglage. Grâce à la configuration et à l'agencement spé- cial des bras oscillants d'essieu selon l'invention, l'écart horizontal et le centrage, ainsi que l'amortisse- ment horizontal et vertical pour l'essieu monté sont réa- lisés dans un élément fonctionnel robuste indépendant des ressorts hélicoidaux. Aux dessins annexés: la figure 1 est une coupe d'un roulement, prise selon la ligne A-A de la figure 2, avec guidage de la boite d'essieu et avec les bras oscillants d'essieu dis- posés sur le côté intérieur de la botte d'essieu; la figure 2 est une coupe du roulement prise se- lon la ligne B-B de la figure 1; la figure 3 est une vue d'un roulement compor- tant des broches de ressort et des bras-oscillants d'es- sieu disposés sur le côté extérieur de la botte d'es- sieu; la figure 4 est une coupe du roulement, prise selon la ligne C-C de la figure 3. Comme on peut le voir sur les dessins, le châs- sis 1 est appuyé sur la botte d'essieu 3 par l'intermédi- aire de ressorts hélicoïdaux 2. La boite d'essieu 3, avec l'essieu 4, est montée mobile par rapport au châs- sis 1 du boggie à l'aide de guides 5 de la boîte d'es- sieu ou à l'aide de broches de ressorts 6. Sur la figure 1, il existe entre la botte d'essieu 3, plus précisé- ment, ses surfaces de guidage verticales 7 et le guide de boite d'essieu 5, plus précisément ses surfaces de guidage verticales 8, un jeu longitudinal horizontal "a" et un jeu transversal horizontal "b", selon lesquels l'essieu monté 4 est monté réglable dans la position ra- diale et mobile en translation transversale. Sur la face intérieure 9 de la botte d'essieu 3, sont prévues des surfaces de friction verticales 10 qui forment un angle aigu. avec l'axe 11 de l'essieu. Dans le prolongement vertical des surfaces de friction 10, sont disposés des bras oscillants d'essieu 12 montés par une extrémité sur le châssis 1 du boggie, et qui sont appliqués contre les surfaces de friction 10 avec précontrainte. Ici, les bras oscillants d'essieu 12 sont formés par des lames de ressorts 13 et 13' telles que celles qui sont connues dans le domaine des ressorts à lames de suspension, et qui sont fixées dans des poches de logement 15 prévues sur le châssis 1 par des clavettes élastiques 14 et des cales non représentées. Sur les figures 3 et 4, les sur- faces de guidage verticales 7 et 8 sont prévues respecti- vement sur la botte d'essieu 3 et sur les broches de res- sort 6, avec le jeu horizontal "c". Alors que, sur les figures 1 et 2, les lames de ressorts 13 sont appuyées directement contre les surfaces de friction 10 et mon- tées sur le châssis du boggie en formant un angleo'c qui coincide avec les surfaces de friction 10, sur les figu- res 3 et 4, les lames de ressorts 13 et 13' sont montées parallèlement à l'axe 11 de l'essieu, et des pièces de friction 16 faites d'une matière de friction appropriée viennent en contact avec les surfaces de friction 10. Dans cet exemple de réalisation, les coupelles de portée de ressorts inférieures et supérieures 17 sont d'une con- figuration bombée, afin de réduire l'effet de la force de flexion des ressorts hélicoidaux 2 sur le guidage de l'essieu. Les bras oscillants d'essieu 12 mis en appui contre la botte d'essieu 3 maintiennent l'essieu 4 par rapport au châssis 1 du boggie dans la position centrée dans le plan horizontal et lui permettent de décrire un écart horizontal. En même temps, les bras oscillants d'essieu 12 se comportent dans le plan vertical comme des amortisseurs à friction. Ici, l'angleVi détermine le rapport de l'amortissement et des forces de rappel entre le réglage radial et la translation transversale de l'es- sieu 4 et la valeur de la précontrainte détermine l'amor- tissement de l'écart horizontal et du débattement élasti- que vertical de l'essieu 4. L'amortissement horizontal et vertical de l'essieu 4 est sensible à la course et, par conséquent, à la charge, ceci en raison de la varia- tion de longueur que le bras de levier effectif des bras oscillants d'essieu 12 subit sur la plage de débattement élastique vertical. La dépendance vis-à-vis de la charge peut être influencée par la longueur des lames de res- sorts 13 et 13'. Dans la solution selon l'invention, l'écart ho- rizontal et le centrage, ainsi que l'amortissement hori- zontal et vertical de l'essieu 4 sont assurés avec des moyens simples, dans un élément fonctionnel simple et peu coûteux, et indépendamment de la caractéristique de la suspension élastique verticale. En choisissant la dé- finition de la position angulaire et de la précontrainte des bras oscillants d'essieu 12, on peut obtenir les pa- ramètres de marche optimaux pour les différentes formes de réalisation du roulement et pour les différentes pla- ges de la vitesse de marche. En outre, la possibilité de régler les bras oscillants d'essieu 12 à l'aide de cales ou de vis de réglage correspondantes apporte une possibi- lité de correction pour le parallélisme des essieux 4 dans le chassis 1 du boggie. Les formes de réalisation qui ont été représen- tées ne constituent que des exemples. L'application de l'invention n'est pas limitée à des boggies. Il est éga- lement possible de monter la surface de friction 10 dans la surface de guidage 7 de la botte d'essieu 3, pourvu qu'on dispose de l'espace de construction nécessaire pour le bras oscillant d'essieu 12. R EV E N D I C AT I 0 N S 1. Roulement pour véhicules ferroviaires compre- nant un essieu monté qui peut décrire des écarts dans le plan horizontal et est rappelé en position centrée dans ce plan, le châssis du boggie (ou du véhicule) étant ap- puyé sur les bottes d'essieux par l'intermédiaire de res- sorts hélicoidaux et les bottes d'essieux présentant un débattement limité par rapport au châssis du boggie et étant attaquées par des amortisseurs à friction, caractérisé en ce qu'entre la botte d'essieu (3) et le châssis (1) du boggie (ou du véhicule), sont interposés des bras oscillants d'essieu (12) montés unilatérale- ment, à peu près verticaux, qui peuvent osciller sous contrainte élastique, à peu près dans la direction longi- tudinale du véhicule, et des surfaces de friction (10) à peu près verticales, qui s'étendent parallèlement à l'axe (11) de l'essieu ou forment un angle aigu avec cet axe, et avec lesquelles les bras oscillants (12) coopè- rent sous précontrainte. 2. Roulement pour véhicules ferroviaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras oscil- lants d'essieu (12) sont solidaires du châssis (1) et les surfaces de friction (10) solidaires de la botte d'essieu (3). 3. Roulement pour véhicules ferroviaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras oscil- lants d'essieu (12) sont solidaires de la botte d'essieu (3) et les surfaces de friction (10) du châssis (1). 4. Roulement pour véhicules ferroviaires selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bras oscillants d'essieu (12) sont constitués par des lames de ressorts (13; 13'). 5. Roulement pour véhicules ferroviaires selon une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que les bras oscillants d'essieu (12) sont constitués par des leviers à ressort et articulés à une extrémité. 6. Roulement pour véhicules ferroviaires selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les bras oscillants d'essieu (12) sont prévus à raison d'une paire pour chaque botte d'essieu (3). 7. Roulement pour véhicules ferroviaires selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les bras oscillants d'essieu (12) d'une botte d'essieu (3) sont disposés d'un côté et sont combinés à des dispositifs de guidage et/ou d'amortissement, connus en soi, disposé sur le côté de la botte d'essieu (3) qui leur fait face. 8. Roulement pour véhicules ferroviaires selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les surfaces de friction (10) portent des garnitu- res de friction. 9. Roulement pour véhicules ferroviaires selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les surfaces de friction (10) sont de forme bom- bée. 10. Roulement pour véhicules ferroviaires selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les ressorts hélicoidaux (2) sont disposés entre des coupelles de portée de ressorts (17) de forme bombée ou montées élastiquement. 11. Roulement pour véhicules ferroviaires selon une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la plage d'oscillation des bras oscillants d'es- sieu (12) est limitée par des butées. 12. Roulement pour véhicules ferroviaires selon une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les bras oscillants d'essieu (12) peuvent être ré- glés à l'aide de cales ou de vis de réglage.