Brevet FR2777251A1 — publié le 19991015

DISPOSITIF ABSORBEUR DE CHOCS POUR TAMPON AMORTISSEUR DE VEHICULES FERROVIAIRES OU AUTRES La présente invention concerne un dispositif absorbeur de chocs associé à un tampon amortisseur comme par exemple un tampon d'accostage monté sur des véhicules ferroviaires. Ce dispositif peut de la même façon être associé à un système d'attelage automatique de véhicules ferroviaires, ou à un heurtoir. Le dispositif absorbeur selon l'invention permet d'atténuer de manière efficace les effets d'un choc important lors d'un incident d'accostage ou même lors d'un accident. Le dispositif d'absorption selon l'invention comprend, interposé entre le bâti du véhicule et le tampon amortisseur ou l'attelage, au moins un équipage porteur du tampon, susceptible de se déplacer selon l'axe dudit tampon, dans une structure dont le diamètre est au moins égal à celui de l'embase dudit tampon, laquelle structure est solidaire du bâti, intégrée dans ce dernier et elle renferme les moyens d'absorption du choc, ledit équipage étant solidarisé à ladite structure par des moyens qui présentent une capacité à se rompre par cisaillement en cas de choc, libérant ledit équipage qui met en oeuvre lesdits moyens d'absorption. Selon un premier mode de réalisation, l'équipage consiste en un outil d'usinage guidé dans la structure réalisée en forme de fourreau cylindrique, lequel outil découpe la paroi interne de ce dernier au fur et à mesure de son enfoncement, avec une profondeur de passe et/ou une section de découpe, choisie en fonction de la quantité d'énergie à absorber. Toujours selon l'invention, la structure peut aussi consister en un fourreau usinable en forme de chemise tubulaire réalisée par exemple en aluminium, insérée dans une enveloppe métallique rigide qui est elle- même intégrée dans le bâti et fixée à ce dernier procurant une plus grande rigidité à l'ensemble. Selon une autre disposition de l'invention, l'équipage mobile comprend, dans sa partie amont, des moyens de guidage coopérant avec la paroi interne du fourreau, laquelle partie amont est aménagée par rapport à la partie aval formant l'outil de coupe, de façon à permettre une évacuation des copeaux d'usinage sans risque de bourrage. 2 2777251 Toujours selon l'invention, l'équipage mobile est fixé à la paroi circulaire de la structure au moyen de goupilles de cisaillement dont la tête est logée dans l'épaisseur du fourreau et le tenon dans la partie constituant le guide dudit équipage. Selon une variante de réalisation, l'équipage est fixé à la structure au moyen d'un flasque associé à la bride de cette dernière qui sert à la fixer sur le bâti, lequel flasque s'interpose entre le tampon et ledit équipage et comporte, en périphérie de l'embase dudit tampon, une zone aménagée en forme d'amorce de rupture de façon à permettre un cisaillement dudit flasque en cas de choc important. Toujours selon l'invention, I'arête de coupe de l'outil est, dans son montage d'origine, décalée de la section du fourreau à usiner, d'une distance qui correspond au moins à la course de l'équipage mobile lors de l'opération de cisaillement des goupilles ou du flasque solidarisant ledit équipage par rapport à la structure. Selon une variante de réalisation, l'équipage consiste en un simple piston fixé à la structure au moyen d'un flasque associé à la bride de fixation de ladite structure sur le bâti, lequel flasque s'interpose entre le tampon et ledit équipage et comporte, en périphérie de l'embase dudit tampon, un aménagement formant une amorce de rupture qui permet le cisaillement dudit flasque en cas de choc important. Toujours selon l'invention, le fourreau comporte un fond ouvert, en forme de collerette, sur lequel repose un absorbeur tubulaire du type réalisé en matériau composite. Selon une autre disposition de l'invention, la hauteur de l'amortisseur en matériau composite est inférieure à la distance séparant la face percutante du piston avec la face portante de la collerette, laquelle différence correspond sensiblement à la course nécessaire pour cisailler le flasque interposé entre ce dernier et le tampon. Selon une autre disposition de l'invention, I'extrémité libre de l'absorbeur composite tubulaire, situé à distance de la face percutante du piston constituant l'équipage mobile, est aménagée avec une surface conique de façon à former une arête supérieure circulaire mince vis-à-vis de la surface percutante. 3 2777251 L'invention sera encore détaillée à l'aide de la description suivante et des dessins annexés, donnés à titre indicatif, et dans lesquels: - la figure 1 représente en coupe horizontale par exemple, le dispositif absorbeur selon un premier mode de réalisation; - la figure 2 représente d'une façon plus détaillée, les moyens d'assemblage, de guidage et d'usinage faisant partie de ce dispositif absorbeur; - la figure 3 représente une goupille de cisaillement; - la figure 4 représente en coupe horizontale par exemple, une variante de réalisation de la figure 1; - la figure 5 correspond à une variante représentée en coupe selon 5-5 de la figure 4; - la figure 6 représente une variante de réalisation utilisant un absorbeur réalisé en matériau composite. Le dispositif absorbeur représenté figure 1, est intégré dans le bâti 1 d'un véhicule ferroviaire par exemple aménagé en conséquence, et il sert d'intermédiaire entre ce bâti et un tampon amortisseur 2 classique utilisé sur les matériels ferroviaires. Le tampon amortisseur 2 possède en lui-même une certaine capacité d'absorption des chocs. L'invention propose de compléter de façon importante, les capacités d'absorption en cas de choc en permettant à l'embase 3 située à l'extrémité du fût 4 du tampon, de pénétrer dans le bâti 1 et en particulier dans une cavité spécialement aménagée de l'absorbeur. L'embase 3 du tampon est fixée sur un équipage mobile 5 qui est lui- même guidé dans une structure tubulaire. Cette structure en forme de fourreau 6, est logée dans une cavité du bâti 1 du véhicule spécialement aménagée à cet effet. Ce fourreau 6 comporte une bride 7 qui permet sa fixation par vis par exemple, sur le bâti 1 au niveau de l'embase 3 du tampon 2. L'équipage mobile 5, tel que représenté figures 1 et 2, se présente sous la forme d'une bobine creuse avec un évidement central annulaire 9 de part et d'autre duquel on trouve une partie amont 10 en forme de piston dont le diamètre correspond au diamètre interne du fourreau 6, et une partie aval 11 en forme de rondelle sur laquelle est fixée l'embase 3 du tampon 2, au moyen de vis non représentées. 4 2777251 Entre les deux parties 10 et 11, on trouve une paroi 12 qui est munie de fenêtres 13 dont la fonction sera explicitée plus loin. Une portion de l'équipage 5 et du fourreau 6 est représentée d'une façon plus détaillée figure 2. L'équipage 5 et en particulier sa partie amont 10 qui sert de guide, est solidaire du fourreau 6 au moyen de pièces 14 qui correspondent à des goupilles de cisaillement. Ces goupilles sont réparties sur la périphérie du guide 10; elles sont au nombre de trois à six ou plus, selon les nécessités, réalisées en matériau approprié. La figure 3 montre de façon détaillée une goupille de cisaillement 14. Cette goupille comporte une tête cylindrique 15 qui s'insère dans un logement approprié du fourreau 6 et elle comprend un tenon 16 qui est solidaire de la tête 15. Un léger amincissement en forme de rainure 17 est aménagé entre la face 19 de la tête 15 et le tenon 16, laquelle rainure constitue une amorce de rupture qui permet de localiser d'une manière précise le cisaillement de la goupille. Le diamètre de la tête 15 est par exemple, de l'ordre de deux fois le diamètre du tenon 16. La partie aval 11 de l'équipage 5 est logée à l'entrée du fourreau 6 dans un alésage 20 qui s'étend depuis ladite entrée du fourreau jusqu'à un épaulement 21 positionné normalement entre les parties amont 10 et aval 11, sensiblement au centre de l'évidement 9 comme représenté figures 1 et 2. La partie amont 11 de l'équipage 5 est aménagée en forme d'outil pour réaliser un usinage du fourreau à partir de l'épaulement 21. Cette partie amont 11 en forme d'outil comporte une arête de coupe 22 en forme de couronne. La différence de diamètre entre l'alésage 20 à l'entrée du fourreau 6 et la paroi interne 23 qui s'étend sur tout le reste de la longueur dudit fourreau, permet d'établir une profondeur de passe ou une section d'usinage dont la valeur est choisie en fonction des capacités souhaitées pour l'absorbeur. On remarque que l'arête 22 de la partie outil est située à une certaine distance de la section d'usinage, c'est-à-dire del'épaulement 21 situé en bout de l'alésage 20. Cette distance est au moins égale au diamètre du tenon 16 de la goupille de cisaillement 14. Ainsi, lorsque l'équipage 5 se déplace suite à un choc important qui a provoqué la rupture des goupilles 14 par cisaillement, 2777251 l'arête 22 de la partie 11 faisant office d'outil, usine la paroi interne du fourreau 6 à partir de l'épaulement 21, sur une longueur qui dépend de la quantité d'énergie à absorber et qui, au moins, s'étend sur une distance qui correspond à la longueur du tampon 2. La course de l'équipage 5 est au moins de 500 mm. Lors de l'usinage de la paroi interne du fourreau 6, il est important de pouvoir évacuer les copeaux, sans risque de bourrage. Ces copeaux se positionnent dans la chambre 9 entre la partie amont 10 et la partie aval 11 de l'équipage 5 et ils s'échappent par les fenêtres 13 aménagées dans la paroi 12 qui sépare lesdites parties 10 et 11. La figure 4 représente, en coupe horizontale, une variante de réalisation de la structure de l'absorbeur. On retrouve le fourreau 6 qui est de préférence réalisé en matériau du genre aluminium comme dans le cas de la figure 1, et l'équipage mobile 5 positionné à l'entrée du fourreau, pour réaliser, comme précédemment, un usinage de la paroi interne dudit fourreau. Le fourreau 6 se présente sous la forme d'une simple chemise tubulaire et il est logé dans une enveloppe 26 plus rigide, réalisée par exemple en acier, laquelle enveloppe comporte à son entrée, une bride 27 qui permet de fixer cette structure constituée de l'enveloppe 26 et du fourreau 6, sur le bâti 1. L'enveloppe 26 comporte un fond 29 situé à son extrémité, dans le bâti 1. Ce fond est ouvert à sa partie centrale; il permet de retenir le fourreau 6 et facilite l'évacuation des copeaux résultant de l'usinage. L'équipage mobile 5 est, dans cette variante, fixé en même temps que le tampon 2, à un flasque 30. Ce flasque 30 coiffe la bride 27 et il est fixé en même temps que ladite bride au bâti 1 au moyen de vis 31 par exemple. Le flasque 30 s'interpose entre l'équipage 5 et le fût 4 du tampon 2; l'ensemble est fixé au moyen de vis 32 comme schématisé figure 4. Dans cette variante de réalisation, on remarque que l'équipage mobile 5 est sensiblement modifié par rapport à celui représenté figure 1. On retrouve la partie amont 10 qui sert de guide, centrée et en contact avec la paroi interne 23 du fourreau 6 et on retrouve la partie aval 11 constituant l'outil d'usinage de la paroi interne dudit fourreau. Les deux parties sont reliées par un axe central 33. 6 2777251 La cavité 9 a une section sensiblement plus importante que dans le cas de la figure 1, pour permettre d'améliorer l'évacuation des copeaux. Ces copeaux sont évacués par des orifices 34 aménagés axialement dans la partie amont 10. La partie active 11 de l'équipage 5 est mise en oeuvre lors d'un choc important, après rupture du flasque 30 et en particulier rupture par cisaillement de la partie centrale 35 dudit flasque. Le flasque comporte en effet un aménagement circulaire en forme de rainure 36, laquelle rainure constitue une sorte d'amorce de rupture qui permet de localiser le cisaillement. Ce cisaillement s'effectue automatiquement par le biais de l'embase du fût 4 du tampon et, dès la libération de ce dernier, I'arête 22 de la partie 11 de l'équipage mobile entre en action usinant à partir de l'épaulement 21 la paroi interne 23 du fourreau 6. Comme précédemment, on remarque figure 5 que l'arête 22 de la partie outil de l'équipage mobile 5, se situe à une certaine distance de l'épaulement 21 qui correspond au point de départ de la section d'usinage. Cette distance est sensiblement supérieure à la course nécessaire pour obtenir le cisaillement du flasque 30 et en particulier de sa partie centrale 35. La figure 5 représente d'après une coupe positionnée en 5-5 sur la figure 4, une variante de réalisation de l'équipage mobile 5 et notamment de sa partie amont 10. Cette partie amont 10 dont le rôle est d'assurer le guidage de l'équipage mobile 5 à l'intérieur du fourreau 6, se présente sous la forme de trois branches 37 séparées par des vides importants qui permettent une évacuation efficace des copeaux lors de l'usinage de la paroi interne du fourreau 6. La figure 6 correspond à une variante de réalisation dans laquelle le fourreau interne 6 est remplacé par un absorbeur 39, de forme tubulaire, réalisé par exemple en matériau composite. Cet absorbeur se situe dans l'enveloppe 26 de la structure et repose sur le fond 29, par l'intermédiaire d'une bride 40 fixée audit fond, laquelle bride 40 est collée ou fixée par tout moyen approprié à l'extrémité de l'absorbeur. L'équipage mobile 5' est constitué d'un simple piston guidé dans l'enveloppe 26. Ce piston 5' est solidarisé comme précédemment figure 4, avec 7 2777251 le fût 4 du tampon 2, par l'intermédiaire du flasque 30 et en particulier sa partie centrale 35. Ce flasque 30 est solidaire du bâti 1. Il recouvre comme précédemment figure 4, la bride 27 qui sert à fixer l'enveloppe 26 sur le bâti 1. Comme précédemment, le flasque 30 comporte un aménagement en forme de rainure 36 circulaire, disposée à la périphérie de l'embase du tampon 2. Cette rainure 36 constitue une amorce de rupture qui permet de localiser le cisaillement du flasque 30, par le fût 4 du tampon 2 en cas de choc important, libérant ainsi le piston 5' qui, se déplaçant dans l'enveloppe 26, détruit par écrasement l'absorbeur composite 39. La hauteur de cet absorbeur 39 est inférieure à la distance qui sépare l'équipage mobile 5' du fond 29. Cette distance, comme précédemment pour l'usinage, résulte de la course nécessaire au cisaillement du flasque 30. L'absorbeur 39 comporte, à son extrémité libre, c'est-à-dire à proximité de la surface percutante 45 du piston 5', une arête circulaire vive 46. Cette extrémité de l'absorbeur est aménagée avec une surface conique 47, et l'arête 46 correspond au diamètre interne dudit absorbeur 39. Les matériaux constituant l'absorbeur 39 s'évacuent au fur et à mesure de l'écrasement dans le volume interne de l'enveloppe 26 et en final s'évacuent par l'orifice aménagé dans le fond de ladite enveloppe. 8 2777251 - REVENDICATIONS- 1.- Dispositif absorbeur de chocs pour tampon amortisseur ou attelage automatique de véhicules ferroviaires ou autres, caractérisé en ce qu'il comprend, interposés entre le bâti (1) dudit véhicule et ledit tampon amortisseur (2) ou attelage, un équipage porteur dudit tampon, susceptible de se déplacer dans une structure solidaire dudit bâti, laquelle structure, en forme de fourreau, intégrée dans ledit bâti, renferme les moyens d'absorption de chocs, lequel équipage étant solidarisé à ladite structure par des moyens qui présentent une capacité à se rompre par cisaillement en cas de chocs, libérant ledit équipage qui met en oeuvre lesdits moyens d'absorption. 2.- Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipage (5) consiste en un outil d'usinage (11) guidé dans la structure, lequel outil découpe la matière du fourreau (6) constituant ladite structure, au fur et à mesure de son enfoncement dans ledit fourreau, avec une profondeur de passe et/ou une section de découpe, choisies en fonction de la quantité d'énergie à absorber. 3.- Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fourreau usinable (6) est réalisé en matériau du genre aluminium, inséré dans une enveloppe métallique (26), rigide, intégrée dans le bâti (1) et fixée à ce dernier. 4.- Dispositif absorbeur de chocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'équipage mobile (5) comprend, dans sa partie amont (10), des moyens de guidage coopérant avec la paroi interne (23) du fourreau (6), laquelle partie amont est aménagée par rapport à la partie aval (11) formant l'outil de coupe, de façon à permettre une évacuation efficace des copeaux d'usinage sans risque de bourrage. 5.- Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'équipage (5) est fixé au fourreau (6) au moyen de goupilles de cisaillement (14) dont la tête (15) est logée dans l'épaisseur dudit fourreau et le tenon (16) dans la partie (10) constituant le guide dudit équipage. 6.- Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'équipage (5) est fixé à la structure (6) au moyen d'un flasque (30) associé à la bride (27) servant à la fixation de ladite structure sur le bâti (1), 9 2777251 lequel flasque (30) s'interpose entre le tampon (2) et ledit équipage et comporte, en périphérie de l'embase (3) dudit tampon, un aménagement (36) constituant une amorce de rupture qui permet le cisaillement dudit flasque par le tampon, en cas de choc important. 7.- Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arête de coupe (22) de la partie constituant l'outil est décalée de l'épaulement (21) qui correspond au point de départ de la section à usiner, d'une distance qui correspond au moins à la course nécessaire pour le cisaillement des goupilles (14) ou du flasque (30). 8.- Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipage (5) consiste en un simple piston (5') fixé à la structure au moyen d'un flasque (30), lequel flasque (30) s'interpose entre le tampon (2) et ledit piston (5') et comporte, en périphérie de l'embase dudit tampon, un aménagement en forme de rainure circulaire (36) qui constitue une amorce de rupture permettant le cisaillement dudit flasque en cas de choc important. 9.- Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure (26) comporte un fond ouvert constitué d'une collerette (29) sur laquelle repose un absorbeur tubulaire (39) réalisé en matériau composite. 10.- Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'absorbeur (39) a une hauteur qui est inférieure à la distance séparant la face de percussion du piston (5') de la surface portante de la collerette (29), la différence étant au moins égale à la course nécessaire pour réaliser le cisaillement du flasque (30) en cas de choc important. 11.- Dispositif absorbeur de chocs selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'extrémité libre de l'absorbeur (39), située à proximité du piston (5'), est aménagée avec une surface externe conique formant une arête vive (46) en vis-à-vis de ladite surface percutante.