Brevet FR2684948A1 — publié le 19930618

MONTAGE DE GUIDAGE D'UN ESSIEU MONTE, NOTAMMENT POUR VEHICULES FERROVIAIRES A BOGIES. L'invention se rapporte à un montage de guidage d'un essieu monté, notamment pour des véhicules ferroviaires à bogies, comportant une suspension primaire à action verticale entre le bogie et le carter de palier d'essieu, ainsi qu'un montage permettant le guidage élastique de l'essieu monté, en direction longitudinale et en direction transversale. On connaît un certain nombre de solutions consistant à équiper les bogies, dans l'optique d'une adaptation optimale entre ses caractéristiques de roulement et l'usure apparaissant entre la roue et le rail, d'un montage de guidage élastique des essieux montés; cela s'obtient à l'aide d'éléments élastiques, qui réalisent un couplage souple des essieux montés dans le bogie, ainsi qu'une possibilité de réglage radial des essieux montés dans les courbes de la voie La faculté de transmettre les efforts réalisée au moyen de ces éléments élastiques et leurs raideurs différentes dans les diverses directions de sollicitation, sont déterminées par les caractéristiques de construction et le choix du matériau de ces éléments élastiques. Dans le document AT-PS 294 907, il est proposé de disposer de part et d'autre de chaque palier d'essieu, en vue de réaliser la liaison élastique entre le palier d'essieu et le châssis du bogie, des éléments composites caoutchouc-métal en forme de toit, dont la ligne de sommet s'étend horizontalement dans la direction longitudinale, et qui, par cette forme et cette disposition réalisent des raideurs différentes en direction longitudinale et en direction transversale. Cette disposition de part et d'autre de chaque palier d'essieu a pour conséquence une plus grande masse non suspendue de l'essieu monté complet, ainsi que de plus grandes dimensions et une masse plus élevée du bogie. Dans la publication suisse 't Schweizer Eisenbahn-Revue" (revue des chemins de fer suisse) N 010/1991, page 340, il est décrit de guider des essieux montés, dans le bogie, au moyen d'éléments composites caoutchouc-métal disposés de part et d'autre de chaque palier d'essieu, présentant des raideurs différentes en direction longitudinale et en direction transversale, et logés chacun à l'intérieur d'un ressort hélicoïdal assurant la suspension primaire Cette disposition de part et d'autre de chaque palier d'essieu a également pour conséquence, une masse d'essieu monté non suspendue, plus élevée, ainsi que de plus grandes dimensions et une masse plus élevée du bogie La place disponible pour les éléments élastiques restreint leur dimensionnement de construction et leur plage de déformation, de sorte que l'élasticité longitudinale du guidage des paliers d'essieu, et ainsi la manoeuvrabilité radiale des essieux montés disparaissent sous l'effet de forces élevées de traction et de freinage Pour la même raison, les possibilités de réajustement des caractéristiques d'élasticité des éléments composites en fonctionnement, en vue d'optimiser le comportement de roulement, ne sont que très limitées. L'objet du document DE-OS 38 41 153 consiste en un montage de guidage d'un essieu monté, réalisé par un segment de coussinet caoutchouc-métal qui est disposé radialement autour de chaque carter de palier d'essieu, et qui, par une disposition appropriée de couches de caoutchouc et de métal, et de différents évidements à l'intérieur de la couche de caoutchouc, confère au montage de guidage des raideurs définies dans toutes les directions de sollicitation, en réalisant dans cette pièce aussi bien la suspension primaire que l'élasticité longitudinale nécessaire Grâce à cela, on obtient dans quelques cas d'utilisation sur des véhicules ferroviaires, une réduction sensible de la masse non suspendue de l'essieu monté, et une diminution des dimensions et de la masse du bogie; une utilisation dans un large domaine est impossible en raison de la place disponible limitée dans la zone du palier d'essieu, et des degrés de déformabilité ainsi que des raideurs d'élasticité pouvant être obtenus en conséquence dans les éléments élastiques, avec les matériaux disponibles. Le document DE-OS 37 23 833 propose pour l'articulation longitudinale et transversale d'essieux montés pouvant se régler radialement, une solution selon laquelle chaque point de palier d'essieu sur lequel s'appuie verticalement le châssis de bogie, par l'intermédiaire de ressorts primaires, est relié de manière élastique au châssis de bogie, par l'intermédiaire d'un bras d'essieu rigide en flexion, de manière à pouvoir osciller autour d'un axe horizontal, et selon laquelle de part et d'autre du bras d'essieu, sont agencés, coaxialement à l'axe horizontal cité, des disques élastiques de forme annulaire, qui sont précontraints en compression dans la direction transversale du bogie, au moyen de rondelles de palier coniques pouvant coulisser concentriquement les unes dans les autres de manière axiale, d'une vis d'allongement et de bagues- entretoise se centrant automatiquement, les deux extrémités axiales extérieures de l'ensemble de rondelles de palier coniques étant serrées par adhérence, à partir du bas, sur le châssis de bogie, au moyen de colliers. Grâce à cette solution, les essieux montés peuvent se régler radialement dans le bogie, le guidage pour le débattement longitudinal et le débattement transversal de l'essieu monté s'effectuant avec des raideurs différentes et susceptibles d'être réglées de manière limitée Dans la disposition indiquée, le bras d'essieu relié au châssis de bogie de manière à pouvoir osciller autour de l'axe horizontal agencé transversalement, ne peut toutefois transmettre aucune force résultant d'un débattement vertical de l'essieu monté, de sorte que les ressorts primaires disposés sur les points de palier d'essieu et les longerons de bogie qui s'appuient par dessus, doivent être dimensionnés pour la charge verticale totale, ce qui va à l'encontre d'une réduction souhaitable de la masse du bogie Mais dans le cas d'un montage d'essieu souple, classique en construction ferroviaire (par exemple au moyen de roulements à rouleaux articulés), un débattement transversal de l'essieu monté a pour conséquence que le bras d'essieu, certes rigide en flexion, mais non lié par une liaison angulaire fixe à l'axe de l'essieu, pivote dans le plan horizontal, et que l'élément élastique sous forme de disques élastiques annulaires cherche à tourner en soi autour d'un axe vertical Si les disques élastiques ne sont pas précontraints transversalement, il apparaît (rapporté à leur surface annulaire) des sollicitations de compression ou de traction localement très différentes, les contraintes de traction risquant de détériorer les disques élastiques; une précontrainte des disques, appliquée transversalement, réduit l'effet d'élasticité, peut avoir pour conséquence une surcharge par des pointes locales de contrainte de compression, ou impose un surdimensionnement des pièces qui ne sont alors pas exploitées de manière satisfaisante, et engendre des problèmes de place La solution indiquée permet une modification limitée de la raideur des disques élastiques, mais ne prévoit pas de possibilité de régler ou de réajuster la position axiale de l'essieu monté à l'intérieur du bogie, de sorte que le respect des tolérances dimensionnelles des essieux montés dans le bogie, nécessite une technologie de fabrication complexe. Le but de l'invention consiste à développer un montage de guidage d'un essieu monté dans un bogie, qui évite les inconvénients des solutions citées et d'autres solutions. Conformément à l'invention, ce but est atteint pour un montage de guidage d'essieu monté du type de celui mentionné en introduction, dont le guidage élastique de l'essieu monté, en direction longitudinale et en direction transversale, s'effectue au moyen d'un bras oscillant s'étendant en direction longitudinale à partir de chacun des carters de palier d'essieu, ainsi que d'éléments élastiques disposés transversalement entre chaque bras oscillant et le longeron de bogie correspondant, grâce à la solution suivante caractérisée en ce que chaque carter de palier d'essieu est lié par une liaison angulaire rigide à l'axe de l'essieu monté, en ce que les éléments élastiques sont réalisés sous la forme de paliers de guidage élastiques qui assurent à eux-seuls le guidage horizontal de l'essieu monté en direction longitudinale et en direction transversale, qui tout au moins participent à la suspension primaire, et qui présentent des raideurs définies par leur construction et différentes dans les directions de sollicitation citées, et en ce que les paliers de guidage sont serrés de manière fixe en rotation dans les longerons de bogie correspondants, à l'aide de moyens de serrage, et renferment des moyens de réglages agissant radialement et/ou axialement sur les éléments élastiques en modifiant leur raideur dans une ou plusieurs directions de sollicitation et/ou leur position par rapport au bogie. Selon une configuration avantageuse de l'invention, le palier de guidage reliant de manière élastique le bras oscillant du carter de palier d'essieu au longeron de bogie, renferme un ou plusieurs éléments composites élastomère-métal. Un mode de réalisation est caractérisé en ce qu'un élément composite élastomère-métal est constitué d'une couche de métal en forme de douille et comportant une embase périphérique frontale, et d'une couche de caoutchouc initialement cylindrique, comportant également une embase, et assemblée par vulcanisation à la douille de métal et à son embase, la couche de caoutchouc présentant, en des endroits déterminés, des évidements dont la position et la grandeur confèrent à l'élément composite, les raideurs différentes définies, dans les diverses directions de sollicitation. Selon un autre mode de réalisation, un élément composite élastomère- métal est constitué de rondelles en métal et en caoutchouc assemblées par vulcanisation et disposées orthogonalement à l'axe de l'élément composite L'élément composite élastomère-métal peut être formé par l'assemblage de rondelles en métal et en caoutchouc de forme conique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la souplesse du palier de guidage élastique est limitée à une valeur prédéterminée, de préférence dans la direction longitudinale du bogie, par le dimensionnement des pièces ou par des butées supplémentaires. Un cas particulier prévoit que le palier de guidage élastique et ses éléments de fixation sont réalisés de manière à présenter, notamment une raideur en torsion telle, qu'ils prennent en charge totalement la suspension primaire agissant verticalement, entre le bogie et le carter de palier d'essieu. L'invention va être explicitée plus en détail dans la suite, en référence à des exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés qui montrent: Fig 1 une représentation de la disposition du palier de guidage élastique, par rapport à l'essieu monté et au bogie, Fig 2 à 7 des vues en coupe de différents modes de réalisation de paliers de guidage élastiques comportant différents éléments composites élastomère-métal. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 consistant en une partie d'un bogie 1, un bras oscillant 6 du carter de palier d'essieu 5 s'étend dans la direction longitudinale et sensiblement à l'horizontale, sous un longeron de bogie 2, en direction d'une console 3 reliée de manière rigide au longeron de bogie 2, en-dessous de celui- ci Comme cela est représenté sur la figure 2, la console 3 s'étend autour de deux côtés du bras oscillant 6 du carter de palier d'essieu 5 Entre la console 3 et le bras oscillant 6 sont disposés deux éléments composites caoutchouc-métal 8 A de même type, en forme de douille, au moyen d'une vis de serrage 12 A, d'une douille de serrage 13, de couvercles de serrage fendus 14 A, 14 B et d'un écrou de serrage 15 A Les pièces du palier de guidage élastique 7, qui supportent ces éléments composites 8 A, sont ici serrées de manière fixe sur la console 3, de sorte qu'un mouvement relatif entre-elles est impossible en empêchant ainsi l'usure. La figure 3 laisse entrevoir dans la section transversale des éléments composites 8 A, les évidements de la couche de caoutchouc 9, qui sont responsables d'une grande souplesse du palier de guidage élastique 7 dans la direction longitudinale Des forces transversales agissant sur l'essieu monté 4, sont transmises de manière élastique à la console 3 du longeron de bogie 2, par les carters de palier d'essieu liés par une liaison angulaire rigide à l'axe de l'essieu monté, par l'intermédiaire des embases latérales des éléments composites 8 A Des forces verticales pour la suspension primaire, sont transmises par l'intermédiaire de la couche de caoutchouc 9 des éléments composites 8 A, d'épaisseur plus importante dans la direction verticale, par l'intermédiaire de la torsion axiale de l'élément composite 8 A s'effectuant autour de l'axe de liaison disposé transversalement, entre le bras oscillant 6 du carter de palier d'essieu 5 et la console 3, et par un ressort supplémentaire 19 réalisé sous forme de ressort à couches de caoutchouc et de métal, qui absorbe uniquement des forces verticales, et qui est souple à l'égard de toutes forces longitudinales ou transversales. Grâce aux bagues-entretoise 16 A, 16 B, il est possible de faire varier dans des limites déterminées, la raideur de l'élasticité, notamment dans la direction longitudinale et dans la direction transversale, mais également la position de l'essieu monté 4 à l'intérieur du bogie 1 De plus, il est possible, par une torsion axiale initiale des éléments composites 8 A, de faire varier la part de la suspension primaire prise en charge par le palier de guidage élastique 7. Une bague d'appui 18 sert à la protection des éléments composites caoutchouc-métal 8 A et à la limitation du débattement longitudinal du carter de palier d'essieu 5 lors d'une sollicitation exceptionnelle; par l'intermédiaire de cette bague d'appui 18, le carter de palier d'essieu 5, après avoir couvert la totalité de la course maximale d'élasticité s, s'appuie sur la douille de serrage 13 reliée de manière rigide à la console 3 du longeron de bogie 2. Cette bague d'appui 18 peut aussi bien être de configuration rigide ou élastique. En fonction de la rigidité en torsion du palier de guidage élastique 7, et donc en fonction de sa participation à la suspension primaire, les longerons de bogie 2 dans la zone au-dessus de la console 3, ainsi que le ressort supplémentaire 19 peuvent être d'une construction moins massive en permettant ainsi de réaliser une réduction de la masse du bogie. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 4 montre la section transversale d'un palier de guidage élastique 7 comportant un élément composite 8 B composé d'un assemblage par vulcanisation de rondelles de caoutchouc et de métal Pour empêcher une surcharge de l'élément composite 8 B par des forces verticales et/ou longitudinales exceptionnelles, et limiter le débattement longitudinal du carter de palier d'essieu 5, un anneau il de l'élément composite 8 B a été réalisé sous forme de butée qui, après avoir couvert la course maximale d'élasticité s, s'appuie sur la douille de serrage 13 A reliée de manière rigide à la console 3 du longeron de bogie 2. La figure 5 montre un mode de réalisation de dimensionnement différent d'un palier de guidage élastique 7 d'un principe identique, comportant une autre version d'élément composite 8 C. Selon un autre exemple de réalisation, la figure 6 montre un palier de guidage élastique 7, dans lequel le bras oscillant 6 du carter de palier d'essieu 5 ne s'appuie sur la console 3 du longeron de bogie 2, que par un seul côté, par l'intermédiaire d'un élément composite caoutchouc- métal 8 D Grâce à la liaison angulaire rigide des deux carters de palier d'essieu 5 d'un essieu monté 4, et une précontrainte axiale des deux éléments composites 8 D disposés sur les deux extrémités de l'essieu monté 4, on obtient toutefois une action analogue à celle des exemples précédents. La figure 7 représente une configuration particulièrement avantageuse de l'invention La disposition opposée inversée de deux éléments composites 8 E réalisés par un assemblage par vulcanisation de rondelles de caoutchouc et de métal de forme conique, a conduit à des propriétés particulièrement favorables quant à l'aptitude à la sollicitation et quant aux raideurs différentes par rapport à des forces transversales, longitudinales et verticales, ainsi que par rapport aux couples de rotation autour de l'axe en position transversale de l'élément composite 8 E Le mode de réalisation représenté a permis de concrétiser un mode de construction qui permet, par l'action conjuguée de la vis de serrage 12 B, de l'écrou de serrage 15 B, des couvercles de serrage 14 D, 14 E, des bagues- entretoise 16 C et de l'écrou de réglage 17, un réglage simple et aisément accessible de la raideur de l'élément composite 8 E d'une part, et de la position de l'essieu monté 4 dans le bogie 1 d'autre part. Dans le cas d'un dimensionnement suffisant des pièces du palier de guidage élastique 7, notamment quant à la possibilité de sollicitation par des forces verticales et par des couples de rotation autour de l'axe de rotation des éléments composites, disposé transversalement, ce dimensionnement ayant été rendu possible grâce à la solution conforme à l'invention qui a créé l'emplacement nécessaire, mais n'étant que difficilement visualisé sur les dessins des différents modes de réalisation, le principe de la solution apportée par l'invention, permet au palier de guidage élastique 7 d'assurer la totalité de la suspension primaire du bogie 1, le ressort supplémentaire 19 devenant superflu Ainsi, le longeron de bogie 2 peut être considérablement raccourci et la masse du bogie 1 réduite de manière significative. Les exemples de réalisation représentés, ainsi que les combinaisons possibles entre ces exemples, montrent que grâce à l'invention, il est possible de réaliser des bogies pour différents véhicules ferroviaires et différentes exigences, qui se caractérisent par de faibles masses et des dimensions réduites des châssis de bogie, des masses non suspendues de l'essieu monté les plus faibles possibles, un guidage effectif des essieux montés sans usure des pièces, ainsi que la possibilité de réglage de ces essieux montés avec pour optique la réduction de l'usure entre la roue et le rail et un comportement de roulement optimal. REVENDICATIONS 1 Montage de guidage d'un essieu monté, notamment pour des véhicules ferroviaires à bogies, comportant une suspension primaire à action verticale entre le bogie et le carter de palier d'essieu, ainsi qu'un montage permettant le guidage élastique de l'essieu monté, en direction longitudinale et en direction transversale, au moyen d'un bras oscillant s'étendant en direction longitudinale à partir de chacun des carters de palier d'essieu, ainsi que d'éléments élastiques disposés transversalement entre chaque bras oscillant et le longeron de bogie correspondant, caractérisé en ce que chaque carter de palier d'essieu ( 5) est lié par une liaison angulaire rigide à l'axe de l'essieu monté ( 4), en ce que les éléments élastiques sont réalisés sous la forme de paliers de guidage élastiques ( 7) qui assurent à eux-seuls le guidage horizontal de l'essieu monté ( 4) en direction longitudinale et en direction transversale, qui tout au moins participent à la suspension primaire, et qui présentent des raideurs définies par leur construction et différentes dans les directions de sollicitation citées, et en ce que les paliers de guidage ( 7) sont serrés de manière fixe en rotation dans les longerons de bogie ( 2) correspondants, à l'aide de moyens de serrage ( 12 A, 12 B, 13, 14 A, 14 B, 14 C, 14 D, 14 E, 15 A, 15 B), et renferment des moyens de réglages ( 16 A, 16 B, 12 B, 14 D, 14 E, 15 B, 16 C, 17) agissant radialement et/ou axialement sur les éléments élastiques en modifiant leur raideur dans une ou plusieurs directions de sollicitation et/ou leur position par rapport au bogie. 2 Montage de guidage d'un essieu monté selon la revendication 1, caractérisé en ce que le palier de guidage ( 7) reliant de manière élastique le bras oscillant ( 6) du carter de palier d'essieu ( 5) au longeron de bogie ( 2), renferme un ou plusieurs éléments composites élastomère-métal ( 8 A à 8 E). 3 Montage de guidage d'un essieu monté selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un élément composite élastomère-métal ( 8 A) est constitué d'une couche de métal ( 10) en forme de douille et comportant une embase périphérique frontale, et d'une couche de caoutchouc ( 9) initialement cylindrique, comportant également une embase, et assemblée par vulcanisation à la douille de métal ( 10) et à son embase, la couche de caoutchouc ( 9) présentant, en des endroits déterminés, des évidements dont la position et la grandeur confèrent à l'élément composite ( 8 A), les raideurs différentes définies, dans les diverses directions de sollicitation. 4 Montage de guidage d'un essieu monté selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un élément composite élastomère-métal ( 8 B; 8 C; 8 D) est constitué de rondelles en métal et en caoutchouc ( 9, 10) assemblées par vulcanisation et disposées orthogonalement à l'axe de l'élément composite. Montage de guidage d'un essieu monté selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un élément composite élastomère-métal ( 8 E) est formé par l'assemblage de rondelles en métal et en caoutchouc de forme conique. 6 Montage de guidage d'un essieu monté selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la souplesse du palier de guidage élastique ( 7) est limitée à une valeur prédéterminée (s), de préférence dans la direction longitudinale du bogie ( 1), par le dimensionnement des pièces ( 11) ou par des butées supplémentaires ( 18). 7 Montage de guidage d'un essieu monté selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le palier de guidage élastique ( 7) et ses éléments de fixation ( 8 A à 18) sont réalisés de manière à présenter, notamment une raideur en torsion telle, qu'ils prennent en charge totalement la suspension primaire agissant verticalement, entre le bogie ( 1) et le carter de palier d'essieu ( 5).