Brevet FR2698840A1 — publié le 19940610

Véhicule ferroviaire à cabine de conduite comportant une structure absorbeuse d'énergie La présente invention concerne le domaine de la construction métallique de véhicules, en particulier ferroviaires à cabine de conduite, et a pour objet un tel véhicule comportant une structure absorbeuse d'énergie. Une telle structure a pour fonction de protéger les passagers et le conducteur du véhicule en cas de collision. Les véhicules ferroviaires existant actuellement sont généralement équipés à leurs parties d'extrémité d'une structure destinée à supporter les sollicitations que subit le véhicule en conditions normales de circulation et lors de chocs à faible vitesse, dits chocs "d'accostage". Cependant, en cas de chocs importants, notamment à vitesse relativement élevée, les véhicules existants ne présentent pas de disposition de protection des passagers et du conducteur par déformation préférentielle d'une partie de leur structure et absorption d'énergie, de sorte que lesdits passagers et le conducteur sont exposés à un risque important de dommages corporels en cas de tels chocs, le conducteur ne pouvant en particulier pas se réfugier dans une structure permettant sa survie. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet un véhicule ferroviaire à cabine de conduite caractérisé en ce qu'il comporte une structure métallique absorbeuse d'énergie, consistant en des zones de déformation plastique dynamique, formées d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, prévues aux extrémités dudit véhicule. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un véhicule équipé d'une structure conforme à l'invention la figure 2 est une vue en plan et en coupe dudit véhicule, et les figures 3 à 6 sont des vues analogues à celle de la figure 2, représentant le véhicule pendant différentes phases d'absorption d'énergie. Conformément à l'invention et comme le montrent plus particulièrement, à titre d'exemple, les figures 1 à 6 des dessins annexés, le véhicule ferroviaire à cabine de conduite comporte une structure métallique absorbeuse d'énergie, qui consiste en des zones 1 et 2 de déformation plastique dynamique, formées d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, prévues respectivement aux extrémités avant et arrière dudit véhicule. La zone 1 de déformation plastique dynamique, formée d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, prévue à l'extrémité avant du véhicule, est essentiellement constituée par un attelage automatique 3 lié rigidement à un premier tiroir 4 disposé dans un second tiroir 5, solidarisé avec ledit premier tiroir 4 et s'appuyant sur un premier élément absorbeur d'énergie 6, ledit second tiroir 5 étant relié rigidement à une traverse de tête 7 et coopérant avec au moins un second élément absorbeur d'énergie 8 s'étendant le long de l'attelage automatique 3 et lié à la traverse de tête 7, par des longerons 9 et des brancards 10 reliant la traverse de tête 7 à une traverse pivot 11 et par une paire de profilés absorbeurs courbes 12 reliant la traverse de tê- te 7 à une traverse haute 13.Le second tiroir 5 coopère, de préférence, avec deux éléments absorbeurs d'énergie 8 disposés de part et d'autre dudit tiroir 5 et de l'attelage automatique 3 et s'appuyant sur la traverse de tête 7. La zone 2 de déformation plastique dynamique, formée d'éléments fixes ou interchangeables, prévue à l'extrémité arrière du véhicule, est constituée par une barre d'attelage 14 liée rigidement à un tiroir 15 solidarisé avec le châssis 16 du véhicule et s'appuyant sur un élément absorbeur 17. La solidarisation entre les tiroirs 4 et 5, le tiroir 5 et la traverse de tête 7 et entre le tiroir 15 et le châssis 16 du véhicule est réalisée, par exemple, au moyen de rivets de cisaillement 18 ou d'autres éléments de liaison pouvant être cisaillés, de sorte que la barre d'attelage 14 entre des véhicules, montée dans le tiroir 15, permet le guidage d'un véhicule par rapport à l'autre lors de la phase d'absorption d'énergie lorsque les deux véhicules se rapprochent et évite le chevauchement des véhicules entre eux. De tels éléments ou rivets 18 peuvent être calculés pour résister à des chocs de service et pour se rompre dès que l'effort sur l'attelage automatique 3 et/ou par la barre d'attelage 14 dépasse un seuil prédéterminé. Selon une caractéristique de l'invention, la partie avant du véhicule est avantageusement pourvue, devant la traverse pivot 11, d'un cadre rigide indéformable 19 s'étendant entre les longerons 9 et la traverse haute 13. Un tel cadre 19 est destiné à former un espace de survie pour le conducteur du véhicule en cas de choc. Le premier élément absorbeur d'énergie 6, le ou les seconds éléments absorbeurs d'énergie 8, les longerons 9, les brancards 10 et l'élément absorbeur 17 sont réalisés en un matériau ductile permettant un allongement important, de préférence, sous forme de profilés ou piè ces mécano-soudés réalisant une absorption d'énergie par flambage plastique localisé suivant une direction prédéterminée. L'attelage automatique 3, le premier et le second tiroirs 4 et 5, les premier et seconds éléments absorbeurs d'énergie 6 et 8, ainsi que la barre d'attelage 14, le tiroir 15 et l'élément absorbeur 17 sont avantageusement réalisés sous forme de dispositifs démontables et interchangeables. I1 en résulte qu'en cas de choc se limitant à la destruction de ces seuls éléments, le châssis du véhicule ferroviaire peut être conservé en l'état, seuls ces éléments étant remplacés, de sorte qu'il est possible de réaliser d'importantes économies de matériel et de main d'oeuvre. Les profilés absorbeurs courbes 12 se présentent avantageusement sous forme de profilés "SINUS" métalliques constitués par des parois externes courbes lisses et par une âme ondulée. De tels profilés permettent une adaptation de la limite d'efforts acceptable par la variation du pas des ondes "SINUS". Cette variation du pas des ondes permet de localiser le flambage plastique dans la section choisie et d'augmenter les raideurs des sections qui doivent rester élastiques. La structure absorbeuse d'énergie conforme à l'invention est destinée à résister aux différentes sollicitations statiques et dynamiques de service, notamment lors de l'accostage. Dans le cas de chocs dont l'intensité est supérieure à celle des choc de service, la structure absorbeuse d'énergie est mise en action. La configuration du choc est généralement la suivante Une rame, constituée par au moins un véhicule à cabine de conduite à l'avant et par un ou plusieurs véhicules intermédiaires et, éventuellement, par un deuxième véhicule à cabine en queue de rame, percute une rame ou d'autres objets encombrant la voie. Les figures 2 à 6 des dessins annexés représentent les différentes phases d'absorption de l'énergie lors d'un choc. La figure 2 représente un véhicule à cabine de conduite en situation normale de déplacement. Au début du choc, l'attelage automatique 3 et la barre d'attelage 14 se compriment normalement (figure 3), puis les rivets de cisaillement 18 reliant le premier tiroir 4 au deuxième tiroir 5 sont rompus et ledit premier tiroir 4, animé d'un mouvement de translation, écrase le premier élément absorbeur d'énergie 6 (figures 4), permettant ainsi la déformation plastique et une première absorption d'énergie. Après l'écrasement de ce premier élément 6, les rivets de cisaillement 18 reliant le tiroir 5 à la traverse de tête 7 sont également rompus, de sorte que les seconds éléments absorbeurs d'énergie 8 disposés de part et d'autre du tiroir 5 et de l'attelage automatique 3 et s'appuyant sur la traverse de tête 7 se déforment jusqu'à écrasement. Lors de ce mouvement, l'attelage automatique 3 s'efface complètement à l'intérieur de la structure du châssis du véhicule, sans risquer de se détacher de ce dernier et de tomber sur la voie, de sorte qu'un risque de déraillement consécutif éventuel est totalement évité (figure 5). Simultanément à cette déformation, la barre d'attelage 14, prévue au niveau de l'intercirculation entre le véhicule à cabine de conduite et le véhicule intermédiaire ou entre deux véhicules à cabine de conduite, est également sollicité et rompt les rivets de cisaillement 18 reliant son tiroir 15 au châssis 16, de sorte que ledit tiroir 15 se déplace également longitudinalement et écrase l'élément absorbeur 17. Cette translation du tiroir 15 permet, par ailleurs, de guider les véhicules re liés entre eux par la barre d'attelage 14, ce qui évite qu'un des véhicules chevauche l'autre. Après écrasement de ces différents éléments absorbeurs, les parties constitutives du châssis de la cabine de conduite situées à l'extrémité avant de cette dernière assureront l'absorption d'énergie par déformation plastique. A cet effet, les longerons 9 et les brancards 10, ainsi que les profilés absorbeurs courbes 12, s écrasent afin de permettre un déplacement de la traverse de tête 7 en direction de la traverse pivot 11 et de la traverse haute 13, les efforts sur cette dernière étant limités grâce à la prévision des profilés absorbeurs courbes 12 (figures 1 et 6). Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un véhicule ferroviaire, en particulier à cabine de conduite, permettant une absorption d'énergie sur une longueur importante, lorsque le véhicule percute un autre véhicule ou un obstacle, ladite absorption d'énergie étant réalisée par déformation plastique dynamique de zones prédéterminées. En outre, l'invention permet, par la prévision, au niveau de la traverse pivot 11 et de la traverse haute 13, d'un cadre rigide indéformable 19, de former un espace de survie pour le conducteur du véhicule en cas de choc. Le conducteur peut se réfugier dans l'espace ainsi formé avant le choc. De plus, l'invention permet, grâce au coulissement du tiroir 15 affecté à chaque barre d'attelage 14 entre deux véhicules, une fonction d'anti-chevauchement d'un véhicule par rapport à celui auquel il est relié. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Véhicule ferroviaire à cabine de conduite caractérisé en ce qu'il comporte une structure métallique absorbeuse d'énergie, consistant en des zones (1 et 2) de déformation plastique dynamique, formées d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, prévues aux extrémités avant et arrière dudit véhicule. 2. Véhicule, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone (1) de déformation plastique dynamique, formée d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, prévue à l'extrémité avant du véhicule, est essentiellement constituée par un attelage automatique (3) lié rigidement à un premier tiroir (4) disposé dans un second tiroir (5), solidarisé avec ledit premier tiroir (4) et s'appuyant sur un premier élément absorbeur d'énergie (6), ledit second tiroir (5) étant relié rigidement à une traverse de tête (7) et coopérant avec au moins un second élément absorbeur d'énergie (8) s'étendant le long de l'attelage automatique (3) et lié à la traverse de tête (7), par des longerons (9) et des brancards (10) reliant la traverse de tête (7) à une traverse pivot (11) et par une paire de profilés absorbeurs courbes (12) reliant la traverse de tête (7) à une traverse haute (13). 3. Véhicule, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le second tiroir (5) coopère, de préférence, avec deux éléments absorbeurs d'énergie (8) disposés de part et d'autre dudit tiroir (5) et de l'attelage automatique (3) et s'appuyant sur la traverse de tête (7). 4. Véhicule, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la zone (2) de déformation plastique dynamique, formée d'éléments fixes ou interchangeables, prévue à l'extrémité arrière du véhicule, est constituée par une barre d'attelage (14) liée rigidement à un tiroir (15) solidarisé avec le châssis (16) du véhicule et s'appuyant sur un élément absorbeur (17). 5. Véhicule, suivant l'une quelconque des revendications 2 et 4, caractérisé en ce que la solidarisation entre les tiroirs (4 et 5), le tiroir (5) et la traverse de tête (7) et entre le tiroir (15) et le châssis (16) du véhicule est réalisée au moyen de rivets de cisaillement (18) ou d'autres éléments de liaison pouvant être cisaillés, de sorte que, d'une part, la barre d'attelage (14) entre des véhicules, montée dans le tiroir (15), permet le guidage d'un véhicule par rapport à l'autre lors de la phase d'absorption d'énergie lorsque les deux véhicules se rapprochent et évite le chevauchement des véhicules entre eux et que, d'autre part, l'attelage automatique (3) s'efface complètement à l'intérieur de la structure du châssis du véhicule, sans risquer de se détacher de ce dernier et de tomber sur la voie. 6. Véhicule, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que sa partie avant est avantageusement pourvue, devant la traverse pivot (11), d'un cadre rigide indéformable (19) s'étendant entre les longerons (9) et la traverse haute (13). 7. Véhicule, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le premier élément absorbeur d'énergie (6), le ou les seconds éléments absorbeurs d'énergie (8), les longerons (9), les brancards (10) et l'élément absorbeur (17) sont réalisés en un matériau ductile permettant un allongement important, de préférence, sous forme de profilés ou pièces mécanosoudés réalisant une absorption d'énergie par flambage plastique localisé suivant une direction prédéterminée. 8. Véhicule, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'attelage au tomatique (3), le premier et le second tiroirs (4 et 5), les premier et seconds éléments absorbeurs d'énergie (6 et 8), ainsi que la barre d'attelage (14), le tiroir (15) et l'élément absorbeur (17) sont avantageusement réalisés sous forme de dispositifs démontables et interchangeables. 9. Véhicule, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les profilés absorbeurs courbes (12) se présentent avantageusement sous forme de profilés "SINUS" métalliques constitués par des parois externes courbes lisses et par une âme ondulée.