Brevet FR2776609A1 — publié le 19991001

Traverse-pivot cruciforme pour véhicules ferroviaires ou analogues, et véhicules équipés d'une telle traverse-pivot La présente invention concerne une traverse-pivot pour véhicules ferroviaires ou de transport urbain, ou analogue. Une traverse-pivot a pour fonctions principales: la transmission des charges appliquées à la caisse vers le bogie, la rotation relative de la caisse par rapport au bogie, et la transmission des efforts d'accélération et de freinage du bogie vers la caisse. Les traverses-pivots des véhicules ferroviaires ou analogues sont placées au-dessus des bogies. Elles sont classiquement réalisées sous forme de poutres transversales par rapport à l'axe longitudinal des véhicules et, de ce fait, elles ne participent pas à la20 raideur en flexion verticale de la caisse. Le déplacement vertical dû à la flexion propre de la traverse-pivot mis à part, on peut assimiler chaque face d'une caisse de véhicule à une poutre à deux appuis. L'effort tranchant dû à une charge verticale25 répartie sur le plancher de la caisse est maximum au droit de la traverse-pivot. Cet effort sollicite le battant de pavillon et le brancard et génère un déplacement supplémentaire dans le cas o une porte est située à proximité de la traverse-pivot.30 De plus, la position transversale des traversespivots classiques ne facilite pas le cheminement des efforts de traction-compression (liés à l'accélération et au freinage) dans le châssis. Enfin, ce type de traverse-pivot ne convient pas toujours pour un bogie mono- essieu, car les -2- affaissements des suspensions font interférer les roues avec le volume qui pourrait être utilisé par la traverse-pivot, ce qui conduit à une réduction de la hauteur de la traverse-pivot et donc à un5 épaississement des semelles (pour avoir une inertie en flexion suffisante). Le but de la présente invention est de proposer une nouvelle forme de traverse-pivot qui ne présente pas les inconvénients mentionnés cidessus.10 L'invention atteint son but grâce à une traverse- pivot en forme de croix à quatre bras placés dans le plan horizontal, les extrémités étant agencées pour être raccordées aux longerons de la caisse, et le centre de la croix étant agencé pour être raccordé au pivot du bogie. Avantageusement, le centre de la croix est formé par un disque de liaison avec le pivot, surmonté d'un bloc parallélépipédique sur l'épaisseur duquel sont pris les bras.20 Une des faces verticales dudit bloc comporte avantageusement des supports d'articulation d'une barre d'attelage. Les sections des bras peuvent diminuer au fur et à mesure de leur éloignement du centre. Les bras présentent de préférence à leurs extrémités un élargissement horizontal de raccordement aux longerons. L'invention concerne aussi un véhicule ferroviaire ou analogue, comportant une caisse supportée par au moins un bogie au moyen d'une traverse-pivot cruciforme telle que mentionné ci-dessus, et notamment un véhicule au moins un bogie mono-essieu. Avantageusement, deux des quatre bras de la traverse supportent l'extrémité d'un moteur de traction. -3 - Les avantages de la traverse-pivot conforme à l'invention, pour une masse du même ordre de grandeur qu'une traverse-pivot classique, sont les suivants:. Participation de la traverse-pivot à la raideur en flexion verticale de la caisse, et donc diminution significative de la flèche de la caisse et des déformées des diagonales des baies et des portes. Le déplacement vertical dû à la flexion propre de la traverse-pivot mis à part, tout se passe comme si la10 caisse reposait sur quatre appuis par longeron au lieu de deux appuis pour une traverse-pivot classique. Aucun de ces quatre appuis ne se trouve au droit d'une ouverture de porte. Cheminement plus progressif des efforts de compression ou de traction-freinage entre la croix et les longerons, Aucune interférence avec les roues d'un bogie mono- essieu, même en cas d'affaissement des suspensions,20. Réduction significative du nombre de traverses dans le châssis, puisque le plancher peut reposer directement sur le plancher, d'o un gain de masse important. A titre d'ordre de grandeur du gain de masse obtenu conformément à l'invention, on indiquera que la structure nue d'une caisse en acier avec traverse-pivot classique pèse environ 3500 kg, que la structure nue d'une caisse en aluminium avec traverse-pivot classique pèse environ 3000 kg, et que la structure nue d'une30 caisse en acier avec traverse-pivot de l'invention pèse environ 3000 kg, c'est-à-dire le même poids qu'une caisse en aluminium mais avec la rigidité d'une caisse en acier. -4- L'invention sera mieux comprise grâce à la description suivante, se référant aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques respectivement de côté et de dessus (partie supérieure de caisse non représentée) d'un véhicule ferroviaire à bogies à deux essieux et traverse-pivot de l'art antérieur, - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques respectivement de côté et de dessus (partie supérieure de caisse non représentée) d'un véhicule ferroviaire à bogies mono-essieu et traverse- pivot de l'art antérieur, - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques respectivement de côté et de dessus (partie supérieure de caisse non représentée) d'un véhicule ferroviaire à bogies mono-essieu et traverse- pivot conforme à l'invention, - la figure 7 est une vue en perspective de la traverse-pivot de l'invention, - la figure 8 est une vue en perspective de la traverse-pivot de l'invention intégrée dans la caisse d'un véhicule ferroviaire, représenté seulement en partie,25 - la figure 9 est une vue en perspective de la traverse- pivot de l'invention intégrée dans la caisse d'un véhicule ferroviaire, représenté seulement en partie, avec implantation d'un moteur, -les figures 10 et 11 sont des vues de dessus de deux véhicules attelés, munis de traverses-pivots respectivement conforme à l'invention et conforme à l'art antérieur. Les figures 1 à 4 illustrent l'art antérieur. Le véhicule 1 comprend une caisse 2 composée de brancards ou longerons 5 et de battants de pavillon 6, entre lesquels sont disposées verticalement les portes 7 et les baies 8. Les battants de pavillon 6 soutiennent le toit de la caisse, et sur et entre les longerons 5 sont montées des traverses 9 qui soutiennent le plancher. La5 caisse 2 est supportée vers ses extrémités par deux bogies 3 par l'intermédiaire d'un pivot (désignant ici toute liaison pivotante classique telle que couronne à bille) non représenté porté par une traverse-pivot 4, affectant la forme d'une traverse à section10 rectangulaire épaisse, disposée transversalement. Sur les figures 1 et 2, le bogie 3 est à deux essieux 12, tandis que sur les figures 3 et 4, le bogie 3 est à un seul essieu 13. Dans ce cas, il est clair que la superposition de l'essieu 13 et de la traverse- pivot 4 conduit à un encombrement maximum de l'espace. La situation est encore aggravée dans le cas o, comme on l'a représenté sur les figures, il existe une porte 7 précisément au niveau de la traverse- pivot 4, ce qui réduit naturellement la résistance de la caisse dans cette zone. Or ce cas est de plus en plus fréquent dans les véhicules urbains, la tendance actuelle étant à la multiplication des portes dans les voitures afin d'accélérer les flux d'entrée et de sortie des voyageurs.25 La caisse 2, en appui sur ses deux pivots au niveau des traverses-pivots 4 est assimilable à une poutre sur deux appuis, et on a représenté en pointillés, de manière exagérée, la caisse déformée sous la charge, le repère 11 désignant la flèche30 verticale sous charge. La flèche verticale en milieu de caisse sous chargement maximal ne doit pas dépasser 1,5 pour mille de la distance entre pivots. Cette limite est difficile à respecter dans une caisse à traverses- pivots classiques et ouvertures nombreuses. -6- On a représenté aux extrémités de la caisse 2 les barres d'attelage 10 destinées à relier entre elles deux voitures contiguës dans une rame. La barre d'attelage 10 assure la transmission des efforts5 longitudinaux de traction-freinage ainsi que les efforts transversaux de guidage d'une voiture à la suivante. Dans le cas des véhicules à deux essieux par bogie (figures 1, 2 et 11), la barre d'attelage relie les châssis des deux voitures contiguës au niveau de10 leur traverse d'extrémité respective, puisque les deux essieux de chaque bogie permettent leur inscription automatique dans la courbe. Dans le cas des véhicules sur bogies mono-essieu (figures 3, 4, 5, 6 et 10), la barre d'attelage doit impérativement relier les deux15 voitures contiguës à proximité de leurs centres respectifs de pivotement caisse-essieu, de manière à permettre une orientation optimale des essieux dans les voies courbées. Les figures 5 et suivantes illustrent un mode de réalisation de l'invention, particulièrement adapté aux bogies mono-essieu. La traverse-pivot 14 affecte la forme d'une croix à quatre bras 15 en forme de poutres reliant le centre 16 de la croix, support de pivot, à des extrémités 17 adaptées pour être raccordées aux25 longerons 5, pratiquement en bout de caisse d'un côté et au-delà de la porte 7 de l'autre côté, de manière à ne pas solliciter l'encadrement de porte situé au- dessus du bogie. Comme le montre plus en détail la figure 7, la traverse- pivot 14, avantageusement réalisée en assemblage métallique mécano-soudé, comprend un centre sous forme de disque 16, destiné à être situé à une certaine distance au-dessous du niveau du plancher de caisse, adapté à coopérer avec le pivot (couronne à35 billes du bogie), et surmonté d'un bloc -7parallélépipédique, comblant ladite distance et sur l'épaisseur duquel viennent se prendre les bras 15 dont l'épaisseur diminue en s'écartant du centre, jusqu'à leur élargissement horizontal d'extrémité 17 o ils se5 raccordent sur les longerons 5. Sur la face transversale du bloc 18 la plus proche de l'extrémité de caisse sont prévues des pattes horizontales parallèles 19 permettant le passage d'un axe vertical d'articulation de la barre d'attelage 1010 (figures 7 à 10). Les avantages de cette disposition dans le cadre d'un bogie mono-essieu sont les suivants Le point d'articulation de la barre d'attelage à la traverse-pivot 14 peut se situer à la fois à proximité du centre de pivotement caisse-essieu et dans un plan horizontal proche du plan du châssis de caisse, de telle sorte que les efforts longitudinaux de traction-freinage n'induisent qu'un faible moment de flexion dans la structure de caisse. Une telle20 disposition n'est pas possible sur une traverse-pivot classique de forme rectangulaire, qui conduit généralement à localiser l'articulation de la barre d'attelage à mi-hauteur entre la traverse-pivot 4 (figure 3) et l'essieu 13, o, de plus, l'encombrement de nombreuses pièces de liaison (suspensions, amortisseurs, butées,...) oblige à réaliser des pièces de fixation lourdes et de géométrie complexe. Il s'ensuit à nouveau un avantage de masse et de simplicité constructive pour la traverse-pivot30 cruciforme 14 de l'invention. Les efforts de traction-freinage inter-caisses, ainsi que ceux engendrés lors d'une collision ou d'un tamponnement éventuel de la rame sont diffusés dans l'entièreté de la structure via les bras 15 de la35 traverse-pivot, et cela sans engendrer de concentration -8- exagérée de contraintes mécaniques au niveau des liaisons avec les deux longerons et sans solliciter les encadrements des portes (zones faibles de la structure).5 La face supérieure des quatre bras 15 est coplanaire à la face supérieure des traverses 6 reliant les longerons 5 (cf. figure 8); de ce fait, il est possible d'y poser directement le plancher du véhicule sans avoir à ajouter de traverses supplémentaires.10 Comme le montre la figure 9, il est possible de mettre à profit l'espace libre dans l'angle formé entre deux bras 15 pour implanter un moteur 20. On sait que suivant le degré de motorisation de la rame, un nombre plus ou moins important d'essieux (50 à 100%) sont15 entraînés par des groupes moto-réducteurs, supportés généralement dans les châssis des bogies concernés. Il s'ensuit pour ces bogies un accroissement significatif de masse, d'o un accroissement des charges dynamiques exercées sur la voie et, par conséquent, un20 endommagement accéléré de celle-ci ainsi que la génération de vibrations nuisibles à l'environnement. Une solution à ce problème consiste à fixer les moteurs de traction aux châssis des caisses de manière à profiter du filtrage dynamique offert par les25 suspensions verticales entre caisse et bogies. La masse dite "non suspendue" d'un bogie moteur est ainsi réduite. La traverse-pivot de l'invention présente dans ce cas les avantages suivants:. une configuration et un encombrement qui permettent au moteur de traction 20 de se loger à proximité immédiate de l'essieu entraîné, d'o une transmission mécanique (généralement un arbre à cardans) réduite en termes de longueur et de masse; une configuration et des propriétés de résistance et de rigidité qui permettent une fixation -9- directe de l'une des deux extrémités du moteur à la traverse-pivot (comme montré figure 9), minimisant ainsi les structures additionnelles de supportage. - 10 - REVENDICATIONS 1. Traverse-pivot (14) destinée à relier le pivot d'un bogie aux longerons (5) de châssis d'un véhicule ferroviaire ou analogue, caractérisé en ce qu'elle est en forme de croix à quatre bras (15) placés dans le plan horizontal, les extrémités des bras (15) étant agencées pour être raccordées aux longerons (5) de la caisse, et le centre (16) de la croix étant agencé pour être raccordé au pivot du bogie. 2. Traverse-pivot selon la revendication 1, caractérisée en ce que le centre de la croix est formé par un disque (16) de liaison avec le pivot, surmonté15 d'un bloc parallélépipédique (18) sur l'épaisseur duquel sont pris les bras (15). 3. Traverse-pivot selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une des faces verticales dudit bloc (16) comporte des supports (19) d'articulation d'une barre d'attelage (10). 4. Traverse-pivot selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les sections des bras (15) diminuent au fur et à mesure de leur éloignement du centre. 5. Traverse-pivot selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bras (15) présentent à leurs extrémités un élargissement horizontal (17) de raccordement aux longerons (5). 6. Véhicule ferroviaire ou analogue, comportant une caisse supportée par au moins un bogie au moyen -11- d'une traverse-pivot, caractérisé en ce que la traverse-pivot (14) est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bogie est mono-essieu (13). 8. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que deux des quatre bras (15) de la traverse-pivot (14) supportent l'extrémité d'un moteur de traction (20).