Brevet FR2716429A1 — publié le 19950825

Absorbeur d'énergie pour véhicule ferroviaire L'invention concerne un absorbeur d'énergie pour véhicule ferroviaire. Lors d'un choc essentiellement longitudinal entre deux véhicules ferroviaires, l'énergie cinétique doit se dégager d'une manière ou d'une autre: compte tenu de la grande rigidité du châssis constitué par les longerons, les traverses de tête, les traverses pivot et le ou les planchers, d'une part, et de la relative absence de rigidité du reste de la caisse, le choc se traduit par des répercussions brutales au niveau du châssis et des risques de déformations importantes sur le reste de la caisse par chevauchement des deux véhicules antagonistes. La présence de peignes anti-chevauchement aux extrémités des véhicules évite le chevauchement et la pénétration du châssis d'un véhicule dans la caisse de l'autre, en cas de choc, mais ne fait qu'accentuer la dureté du choc entre les véhicules et transmettre des accélérations importantes aux passagers. Il est donc utile de prévoir dans la zone d'impact un dispositif absorbeur pour dissiper l'énergie cinétique des véhicules par déformation plastique ou endommagement des matériaux constituant ledit dispositif afin de limiter les accélé- rations transmises aux passagers. On connaît par exemple par le document FR-A-2 531 392 des absorbeurs de chocs couplés à des dispositifs anti-grimpement, mais ils sont d'intérêt limité car con- çus pour un niveau d'absorption d'énergie relativement bas. Le document FR-A-2 684 060 fait connaître quant à lui un dispositif d'amortissement de choc constitué de poutres courbes articulées par paires antagonistes et 2 2716429 s'ouvrant sous un choc longitudinal. Cette construction de poutres, d'articulations et accessoirement de glis- sières pour guider les poutres pendant leur déformation est compliquée. L'invention vise à proposer un absorbeur de choc de fabrication simple et économique, aisément modulable en fonction des niveaux d'énergie absorbée désirés, faci- lement remplaçable en cas d'accident, et qui puisse par un choix judicieux des dispositions constructives, con- duire à une courbe déformation/effort présentant un palier très long non précédé d'un pic. Pour atteindre son but, l'invention propose un absorbeur d'énergie pour véhicule ferroviaire, constitué de profils à parties cylindriques s'étendant entre deux surfaces frontales, déformables sous un choc longitudinal et résistant sensiblement aux efforts transversaux, caractérisé en ce que les parties cylindriques déformables sont essentiellement constituées par des tôles en sec- teurs cylindriques disposés de manière que leur concavité soit dirigée transversalement afin qu'ils s'écrasent sous le choc en refermant un peu plus leur concavité. On comprend par là que les parties cylindriques (à section en arc de cercle ou voisine d'un arc de cercle) sont disposées de sorte que la déformation sous le choc entraîne une augmentation de la courbure (c'està-dire une diminution du rayon de courbure local), au contraire de la déformation des poutres conformes au document FR-A-2 684 060. Conformément à un mode de réalisation, lesdits secteurs cylindriques sont constitués par des ondulations formées transversalement sur des tôles globalement paral- lèles à l'axe longitudinal du véhicule reliant lesdites deux surfaces parallèles. 3 2716429 Il est prévu au moins deux tôles, sensiblement perpendiculaires entre elles, et de préférence quatre tôles formant sensiblement un caisson. Selon un autre mode de réalisation préféré, les- dits secteurs cylindriques sont constitués par les parois de tubes cylindriques, qui sont avantageusement disposés entre les faces parallèles d'au moins une enveloppe aplatie en tôle. Ce mode de réalisation est particulièrement avan- tageux en ce qu'il permet aisément de moduler le niveau d'effort d'écrasement à absorber et la course utile en jouant sur la géométrie exacte du caisson (par exemple longueur et diamètre des tubes), les épaisseurs de ces parties constitutives, le nombre d'enveloppes et le nom- bre de tubes dans chaque enveloppe. On peut notamment prévoir des tubes de diamètre différents pour obtenir une courbe effort/déplacement étagée. Lors d'un choc, les tubes s'écrasent et s'apla- tissent en absorbant l'énergie du choc, les enveloppes servant à transmettre l'effort d'écrasement aux profils internes, à répartir la déformation sur toute la longueur des tubes, à reprendre les efforts dans une direction perpendiculaire de celle de l'effort d'écrasement, et tout particulièrement dans la direction verticale (o un déplacement serait susceptible d'entraîner un chevauche- ment), et à absorber une partie de l'énergie par leur propre déformation. L'absorbeur d'énergie conforme à l'invention est remarquable en ce que le niveau d'effort d'écrasement est sensiblement constant tout au long de sa course, le ni- veau d'effort lors de l'amorçage de la déformation plastique ou de l'endommnagement étant proche du niveau d'effort d'écrasement et en ce qu'il peut supporter des efforts significatifs dans une direction perpendiculaire 4 2716429 à celle de l'effort d'écrasement sans déformation notable par rapport à son mode de déformation privilégié. Pour améliorer les caractéristiques de la courbe déformation/effort, il est intéressant que les structures cylindriques soient amincies, de préférence par usinage, au niveau d'un plan tangent longitudinal. De préférence également, l'épaisseur de tôle des secteurs cylindriques est inférieure à 20 % du rayon de courbure. L'absorbeur conforme à l'invention est monté de préférence entre la structure de caisse et un peigne anti-chevauchement. D'autres avantages et caractéristiques ressor- tiront de la description ci-après de deux modes de réa- lisation de l'invention. On se référera aux figures sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective d'un mode préféré de réalisation, - la figure 2 est une vue en perspective d'une variante de l'invention. - la figure 3 est une vue du détail d'un tube usiné selon une caractéristique avantageuse de l'invention, - la figure 4 montre l'application de la même caractéristique à la variante de l'invention, la figure 5 est un exemple de courbe effort/déplacement d'un absorbeur conforme à l'invention. - la figure 6 montre en coupe transversale une modification constructive du mode de réalisation de la figure 1, - la figure 7 montre un exemple de courbe effort/déplacement obtenu grâce à la modification de la figure 6. La figure 1 montre le caisson absorbeur 1, des- tiné à être placé entre l'extrémité du châssis et le 2716429 peigne anti- chevauchement d'un véhicule ferroviaire non représenté. Il est constitué essentiellement de deux enveloppes cylindriques aplaties 4, contiguës, dont cha- cune renferme entre ses faces planes trois tubes cylin- driques 5 métalliques parallèles entre eux et auxdites faces. Ces enveloppes 4 peuvent être fixées en place grâce à une ou deux plaques de fixation 2, 3 ou bien directement par leurs faces frontales extérieures. Les enveloppes 4 sont fixées entre elles et aux plaques, le cas échéant, par soudure et/ou plots de centrage leur permettant de résister aux efforts transversaux et de les transmettre. Dans un exemple pratique de réalisation destiné à équiper un véhicule ferroviaire d'une masse de 90 tonnes maximum et à absorber des efforts de l'ordre de 700 à 800 kN, le caisson absorbeur fait environ 450 mm de largeur, 300 mm de hauteur et 220 mm d'épaisseur. La tôle cons- tituant l'enveloppe 4 et les tubes 5 a une épaisseur comprise entre 6 et 15 mm. Le diamètre des six tubes est d'environ 89 mm. D'une manière générale, pour rendre la courbe effort/écrasement plus plate, il est bon de pré- voir que l'épaisseur de tôle cylindrique est inférieure à % de la valeur du diamètre. On peut encore allonger le palier de la courbe en amincissant les tubes au niveau des plans tangents laté- raux parallèles à l'axe longitudinal XX du véhicule. La plus simple est d'enlever par usinage un segment 9 de tube (figure 3). Grâce à ces dispositions constructives, il est possible d'obtenir une courbe effort/déplacement du type de celle représentée figure 5, et qui comporte un long palier P, non précédé d'un pic. Un avantage inhérent à ce mode de réalisation est qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser des matériaux pré- sentant un allongement à la rupture très important. En 6 2716429 effet, la ou les enveloppes extérieures 4 ne seront jamais écrasées complètement puisqu'elles seront bloquées sur les tubes écrasés (qui, eux, peuvent subir des amor- ces de rupture sur les bords écrasés). Les matériaux constitutifs de l'absorbeur sont choisis en fonction des objectifs recherchée. Par exemple, il est possible d'employer un métal dont l'allongement à rupture soit supérieur à 30 % pour réaliser des enveloppes 4 et les tubes 5: aciers E24 normalisé, TU37b, Inox 304. Dans ce cas, aucune fissuration n'apparaît dans le matériau, mais le niveau d'effort augmente en fin d'écrasement (cf. figure 5). Il est au contraire possible d'employer pour les tubes 5 un métal dont l'allongement à rupture est inférieur à 20 % : acier XC35 par exemple. Dans ce cas, il y aura rupture des tubes en fin d'écrasement, et l'augmentation de l'effort à ce moment est plus faible, indépendamment du matériau qui constitue l'enveloppe. On peut prévoir des courbes effort/allongement étagées (cf. figure 7) en prévoyant des tubes 5 à caractéristiques différentes dans les enveloppes 4 successives ou en prévoyant un jeu fonctionnel entre l'une des enveloppes 4 externes et les tubes 5 (cf. figure 6). Le second mode de réalisation, présenté sur la figure 2, comporte deux plaques frontales 2 et 3, entre lesquelles sont soudées deux plaques verticales associées 6 et deux plaques horizontales associées 7 comportant au moins une ondulation 8 transversale de forme cylindrique. Pour chaque paire de plaques associées, les ondulations 8 sont opposées. L'ensemble des ondulations 8 s'écrase en cas de choc longitudinal et absorbe l'énergie, tandis que les plaques respectivement verticales 6 et horizontales 7 7 2716429 peuvent résister à des efforts respectivement verticaux et horizontaux. Dans un exemple de réalisation, l'épaisseur des plaques 6 ou 7 est de l'ordre de 6 à 15 mm pour résister à des efforts comparables à ceux qu'on a mentionnés plus haut. Le rayon de la partie cylindrique des ondulations 8 est du même ordre que celui des tubes 5, et de préfé- rence compris entre 50 et 100 mm. Les ondulations 8 se raccordent à la partie plane des plaques 6 et 7 par un arrondi compris entre 50 et 150 mm. Le matériau consti- tutif a de préférence un allongement à rupture supérieur ou égal à 25 %. Comme dans le premier mode de réalisation, il est avantageux d'usiner les ondulations 8 (cf. figure 4). 8 2716429 REVENDICATIONS 1. Absorbeur d'énergie pour véhicule ferroviaire, constitué de profils à parties cylindriques s'étendant entre deux surfaces frontales (2, 3, 4), déformables sous un choc longitudinal et résistant sensiblement aux efforts transversaux, caractérisé en ce que les parties cylindriques déformables sont essentiellement constituées par des tôles en secteurs cylindriques (5, 8) disposés de manière que leur concavité soit dirigée transversalement afin qu'ils s'écrasent sous le choc en refermant un peu plus leur concavité. 2. Absorbeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits secteurs cylindriques (8) sont consti- tués par des ondulations formées transversalement sur des tôles globalement parallèles à l'axe longitudinal (XX) du véhicule et reliant lesdites deux surfaces frontales (2, 3). 3. Absorbeur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux tôles (6, 7) sensi- blement perpendiculaires entre elles. 4. Absorbeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits secteurs cylindriques sont constitués par des tubes (5) cylindriques. 5. Absorbeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits tubes (5) sont disposés entre les faces parallèles d'au moins une enveloppe (4) aplatie en tôle. 6. Absorbeur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que les secteurs cylin- driques (5, 8) sont amincis, de préférence par usinage, au niveau d'un plan tangent longitudinal. 9 2716429 7. Absorbeur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de tôle des secteurs cylindriques (5, 8) est inférieur à 20 % du rayon de courbure. 8. Absorbeur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est monté entre la structure de caisse et un peigne anti-chevauchement. 9. Absorbeur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu des tubes (5) de différents diamètre, de manière à avoir une courbe effort/déplacement étagée.