Brevet FR2746707A1 — publié le 19971003

ROUE DE CHEMIN DE FER La présente invention concerne une roue de chemin de fer, et notamment une roue de wagon lourdement chargé, avec freinage par sabot, présentant un faible déjettement. s On connaît de nombreuses roues de chemin de fer constituées d'une jante, d'un moyeu et d'un disque ou toile assurant la liaison entre le moyeu et la jante. Afin d'alléger les roue, ce qui nécessite de minimiser les contraintes engendrées dans la roue notamment par l'échauffement provoqué par les freinages par sabot frottant sur la jante, on donne à la ligne méridienne de la toile une forme curviligne possédant un point d'inflexion à proximité de la jante. C'est en particulier le cas pour la roue de chemin de fer décrite dans la demande de brevet FR 2 687 098. Les contraintes et les dilatations engendrées dans la roue par les freinages provoquent une déformation de la toile, appelée déjettement, qui modifie la position axiale de la jante par rapport au moyeu, de telle sorte que l'écartement des jantes des deux roues d'un même essieu est réduit. Si le déjettement est trop important, le passage d'appareils de voie tels que les aiguillages est rendu difficile. Aussi, pour éviter les difficultés engendrées par un déjettement trop important, on limite les échauffement en service des roues en limitant la charge par essieu. Cela est particulièrement vrai sur les lignes de chemin de fer dont le profil nécessite des freinages longs; c'est par exemple le cas des lignes qui franchissent des cols dans les régions montagneuses. On distingue le déjettement à chaud existant pendant les périodes de freinage, et le déjettement résiduel après refroidissement de la roue résultant de déformations permanentes de la roue engendrées par les échauffement. La roue décrite dans la demande de brevet FR 2 687 098, de par son dessin, présente un faible déjettement résiduel, mais elle présente, néanmoins, comme toutes les roues allégées, une sensibilité au déjettement qui limite notablement les conditions d'exploitation qu'on peut lui faire accepter. Ces limitations rendent ces roues inaptes à l'utilisation sur des wagon de fret lourdement chargés, en particulier sur les routes de montagne. De plus, les échauffements successifs engendrent dans la roue des contraintes résiduelles de traction relativement importantes qui limitent sa tenue en service. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant une roue de chemin de fer allégée à faible sensibilité au déjettement aussi bien à chaud que résiduel et dont le niveau des contraintes résiduelles de traction sont très sensiblement réduites. 2 2746707 A cet effet, I'invention a pour objet une roue de chemin de fer de révolution autour d'un axe XX' perpendiculaire à un plan médian P, du type comprenant une jante comportant une surface de roulement et un boudin, un moyeu, une toile, une zone de liaison de la toile avec la jante, une zone de liaison de la toile avec le moyeu, la section de la toile étant construite le long d'une ligne méridienne AB s'étendant entre un point A situé à la jonction de la toile et de la zone de liaison de la toile avec la jante, et un point B situé à la jonction de la toile et de la zone de liaison de la toile avec le moyeu, les deux point A et B étant situés de part et d'autre du plan médian P et étant symétriques l'un de l'autre par rapport au point I o10 intersection de la ligne méridienne AB et du plan P; le point I étant un point d'inflexion pour la courbe AB. De préférence, la distance du point I à l'axe XX' est comprise entre 0,5 et 0,65 fois le rayon extérieur de la roue. Il est également préférable que la tangente TA à la courbe AB au point A et TB à la courbe AB au point B soient parallèles au plan P. La sensibilité au déjettement est minimale lorsque le point A est situé du même côté du plan P que le boudin (3). Afin d'alléger au maximum la roue, il est préférable que, le long de la ligne AB, I'épaisseur e de la toile décroît régulièrement depuis le point B jusqu'au point A, et que, par exemple, la décroissance soit linéaire en fonction de la distance au point B mesurée le long de la ligne AB. Le rapport de l'épaisseur au point A à l'épaisseur au point B étant, de préférence, compris entre 0,5 et 0,55. Enfin, il est souhaitable que la roue soit centrée; la distance du plan P à la face externe du boudin étant comprise entre 70 et 85 mm, environ. L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise, mais non limitative, en regard de l'unique figure annexée qui représente une demi section méridienne d'une roue de chemin de fer allégée à faible sensibilité au déjettement. La roue de chemin de fer dont la demi section méridienne est représentée à la figure 1 est une pièce de révolution autour d'un axe XX' perpendiculaire à un plan médian P. La roue comporte à sa périphérie une jante 1 dont la mi-épaisseur se trouve dans le plan P. La jante 1 comporte une surface de roulement 2 et un boudin 3. Dans son axe, la roue comporte un moyeu 4 ayant un alésage axial 8 destiné à recevoir une fusée d'essieu. Une toile 5 assure la liaison entre le moyeu 4 et la jante par l'intermédiaire d'une zone de liaison de la toile avec la jante 6 et d'une zone de liaison de la toile avec le moyeu 7. La section de la toile 5 est construite le long d'une ligne méridienne AB s'étendant entre un point A situé à la jonction de la toile 5 et de la zone de liaison de la toile avec la jante 6, et un point B situé à la jonction de la toile 5 et de la zone de liaison de la toile avec le moyeu 7. Les deux point A et B sont situés de part et d'autre du plan médian P et sont symétriques l'un de l'autre par rapport au point I intersection de la ligne méridienne AB et du plan P. Le point I est un point d'inflexion pour la courbe AB. Les portions de courbe AI et lB sont sensiblement des arcs de cercle dont le rayon R est supérieur à la moitié de la distance radiale h (distance mesurée parallèlement au plan P) entre le point A et le point B. Plus généralement, les portions de courbe AI et BI sont symétriques l'une de l'autre par rapport au point I. La distance du point I à l'axe XX est comprise entre 0,5 et 0,65 fois rayon extérieur de la roue, ce rayon étant la distance du point C d'intersection du plan P avec la surface de roulement 2 à l'axe XX' lorsque la roue est neuve, et la distance 1o du point C' à l'axe XX' lorsque la roue est usée. La tangente TA à la courbe AB au point A coupe la trace J1J2 de la limite entre la toile et la jante, en un point J, et, la tangente TB à la courbe AB au point B coupe la trace M1M2 de la limite entre la toile et le moyeu, en un point M. La trace J1J2 coupe la trace du plan P en un point P1, et la trace MIM2 coupe la trace du plan P en un point P2. Les distances P1J et P2M sont sensiblement égales, c'est à dire, égales, aux tolérances de fabrication près. De préférence, telles que les tangentes TA et TB soient parallèles au plan P, aux tolérances de fabrication près. Le point A est situé du même côté du plan P que le boudin 3. Le long de la ligne AB, I'épaisseur e de la toile décroît régulièrement, sensiblement linéairement, depuis le point B jusqu'au point A. Enfin, la roue de chemin de fer est centrée, ce qui signifie que le plan P est à la fois à mi-épaisseur de la jante et à mi-épaisseur du moyeu. C'est d'abord la disposition des points A et B, symétriquement par rapport au point 1, et le fait que le point I est un point d'inflexion de la courbe AB, qui limite le déjettement. Avec cette disposition, l'échauffement engendré par le freinage tend à déformer la ligne AB parallèlement au plan P. le déjettement est d'autant plus limité que le point d'inflexion I est situé aux environs du mi-rayon de la roue. Il est également limité lorsque les tangentes TA et TB sont sensiblement parallèles au plan P. La courbe AB n'est pas nécessairement constituée de deux arcs de cercle. Elle peut être, par exemple, une portion de courbe du troisième degré. Le point A n'est pas obligatoirement du même côté du plan P que le boudin, cependant, cette disposition est favorable car l'éventuel déjettement résiduel qui peut demeurer, tend à augmenter l'écartement des roues, ce qui est favorable à une bonne stabilité sur la voie. Le fait pour la roue d'être centrée n'est pas, non plus, obligatoire, mais il permet de limiter les contraintes de flexion rotative dans les fusées d'essieu. 4 2746707 Il faut remarquer qu'une roue de chemin de fer est soit une pièce forgée, soit une pièce moulée, c'est à dire une pièce ayant une certaine imprécision géométrique, aussi, les caractéristiques qui viennent d'être décrites ne sont que "sensiblement" réalisées, c'est à dire à quelques mm près. La roue ainsi réalisée est particulièrement adaptée aux wagons dont la charge par essieu peut atteindre 25 Tonnes et qui doivent pouvoir supporter une puissance de freinage par roue pouvant atteindre 40 kW pendant 30 minutes. REVENDICATIONS 1 - Roue de chemin de fer de révolution autour d'un axe XX' perpendiculaire à un plan médian P, du type comprenant une jante (1) comportant une surface de roulement (2) et un boudin (3), un moyeu (4), une toile (5), une zone de liaison de la toile avec la jante (6), une zone de liaison de la toile avec le moyeu (7), la section de la toile (5) étant construite le long d'une ligne méridienne AB s'étendant entre un point A situé à la jonction de la toile (5) et de la zone de liaison de la toile avec la jante (6), et un point B situé à la jonction de la toile (5) et de la zone de liaison de la io toile avec le moyeu (7), caractérisée en ce que les deux point A et B sont situés de part et d'autre du plan médian P et sont symétriques l'un de l'autre par rapport au point I intersection de la ligne méridienne AB et du plan P, le point I étant un point d'inflexion pour la courbe AB. 2 - Roue de chemin de fer selon la revendication 1 caractérisée en ce que la distance du point I à l'axe XX' est comprise entre 0,5 et 0,65 fois rayon extérieur de la roue. 3 - Roue de chemin de fer selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la distance au plan P du point d'intersection J de la tangente TA à la courbe AB au point A et de la trace J1J2 de la limite entre la toile et la jante, est égale à la distance au plan P du point d'intersection M de la tangente TB à la courbe AB au point B et de la trace M1M2 de la limite entre la toile et la jante, et, de préférence, les tangentes TA et TB à la courbe AB aux point A et B sont parallèles au plan P. 4 - Roue de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que les portions de courbe AI et BI sont symétriques l'une de l'autre par rapport au point I. - Roue de chemin de fer selon la revendication 4 caractérisée en ce que les portions de courbe AI et BI sont des arcs de cercle. 6 - Roue de chemin de fer selon la revendication 5 caractérisée en ce que les arcs de cercle ont un rayon R supérieur à la moitié de la distance radiale h entre les points A et B. 7 - Roue de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que le point A est situé du même côté du plan P que le boudin (3). 8 - Roue de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que, le long de la ligne AB, l'épaisseur e de la toile décroît régulièrement depuis le point B jusqu'au point A. 6 2746707 9 - Roue de chemin de fer selon la revendication 8 caractérisée en ce que l'épaisseur e de la toile décroît linéairement en fonction de la distance au point B mesurée le long de la ligne AB. - Roue de chemin de fer selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'elle est centrée.