Brevet FR2780693A1 — publié le 20000107

L'invention a trait à un bogie pour véhicule ferroviaire et à un procédé de fabrication d'un tel bogie. Un bogie de véhicule ferroviaire est destiné à supporter un véhicule, telle qu'une caisse ou une motrice, en appui sur plusieurs roues réparties sur des essieux. Compte tenu des masses des motrices et de leur vitesse de déplacement, les efforts dus aux accélérations de ces maté- riels, notamment lors des changements de direction, sont importants, de sorte qu'il est d'usage de réaliser des bogies sous forme de pièces massives en acier ou de structures mécano- soudées. Ces pièces massives et ces structures mécano-soudées ont une configuration fixée dès leur conception, de sorte qu'elle ne peuvent pas être adaptées, en cours de fabrication, aux conditions d'utilisation du bogie. Or, l'empattement du bogie, la hauteur de la caisse, la largeur de voie et la charge à l'essieu sont autant de paramè- tres variables d'un bogie à l'autre qui devraient être pris en compte lors de sa conception. En pratique, on a tendance à surdimensionner les bogies pour leur permettre de résister aux efforts subis dans toutes les configurations, ce qui induit un sur-coût pour ces bogies et une rigidité accrue qui doit être compensée par des systèmes de suspension et d'amortissement adaptés pour assurer le confort des passagers ou l'absorption des vibrations dues aux irrégularités de la voies sur laquelle circule le matériel. Par la demande de brevet européen 0 031 008, on connaît un bogie de véhicule ferroviaire comprenant des traverses en forme de H réalisées en matériau composite. Ces traverses ont une section et une longueur définies dès leur moulage, de sorte qu'elles ne peuvent pas être adaptées aux conditions d'utilisa- tion de chaque bogie. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention, en proposant un bogie qui peut être adapté à ses conditions d'utilisation et ce, y compris en cours de fabrication, voire au terme de sa fabrication. Dans cet esprit, l'invention concerne un bogie pour véhicule ferroviaire, ce bogie étant en appui sur des roues réparties sur au moins deux essieux, au moins un longeron étant prévu pour relier ces essieux à un châssis, caractérisé en ce que ce châssis forme au moins un logement, en forme de tube débouchant aux deux extrémités, pour la réception du longeron. Grâce à l'invention, le châssis d'une part et le ou les longerons d'autre part peuvent être fabriqués indépendamment les uns des autres, les longerons étant fabriqués avec des géométries différentes adaptées aux différentes conditions d'utilisation du bogie. En particulier, les longerons peuvent correspondre à des empattements différents du bogie, à une charge à l'essieu et à une hauteur de caisse variables. En cours de fabrication, il est alors possible de choisir un longeron, adapté aux conditions d'utilisation finales du bogie, pour le monter sur un châssis qui peut être commun aux diffé- rents types de longerons utilisés. Cette souplesse de fabrica- tion due à la modularité du concept du bogie de l'invention permet d'adapter facilement les bogies à leurs conditions réelles d'utilisation. Cette souplesse permet également de remplacer les longerons d'un bogie au cours de sa durée de vie, ce qui permet d'adapter ses propriétés mécaniques à d'éventuel- les nouvelles conditions d'utilisation du bogie. Selon un premier aspect avantageux de l'invention, le logement est pourvu de moyens d'immobilisation du longeron par rapport au châssis. Ces moyens peuvent être formés de disposi- tifs boulonnés ou de mâchoires articulées revêtues d'élastomère et fixées à l'intérieur des logements. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la section interne du logement est adaptée pour épouser la forme extérieure du longeron. Grâce à cet aspect de l'invention, la portée du longeron peut s'effectuer sur toute la longueur du logement, ce qui garantit une bonne répartition des efforts mécaniques entre le longeron et le châssis et donc une bonne stabilité du bogie ainsi formé. Il est également possible de prévoir que la portée du longeron sur le châssis s'effectue grâce à des moyens d'articulation répartis sur la longueur du logement, permettant ainsi une grande souplesse du longeron. Selon des variantes d'utilisation de l'invention, le châssis et le longeron peuvent être réalisés en matériau composite ou en acier. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le châssis comprend deux poutres creuses s'étendant selon une direction globalement parallèle à la direction d'avance normale du véhicule, un logement de réception d'un longeron étant ménagé dans chaque poutre. Cet aspect de l'invention permet de conférer au châssis une géométrie simple, ce qui permet de contrôler efficacement le prix de revient d'un tel matériel. Le châssis est avantageusement de forme globalement parallélépipé- dique et pourvu d'un évidement central bordé par les poutres creuses et par deux traverses pourvues de moyens de fixation d'éléments fonctionnels du bogie. Dans ce cas, on peut prévoir que les traverses sont réalisées en matériau composite et que les moyens de fixation comprennent au moins un support rigide allongé immobilisé dans l'une de ces traverses, ce support étant apte à recevoir, de façon amovible, en plusieurs emplace- ments répartis sur sa longueur, des moyens de fixation d'élé- ments fonctionnels du bogie. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un bogie tel que précédemment décrit et, plus spécifiquement, un procédé qui consiste à: - réaliser un châssis pourvu d'au moins un logement de réception d'un longeron de support du châssis en appui sur deux essieux de roues; choisir, parmi plusieurs longerons de géométries différentes, un longeron adapté à l'utilisation prévue du bo- gie; - insérer ce longeron dans le logement et - immobiliser le longeron à l'intérieur du logement. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un bogie du véhicule ferroviaire conforme à son principe et de son procédé de fabrication, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté d'un bogie de véhicule ferroviaire conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II à la figure 1 et - la figure 3 est une représentation schématique de principe, en perspective éclatée, de certains éléments de structure du bogie des figures 1 et 2. Le bogie 1 représenté à la figure 1 est destiné à suppor- ter un véhicule ferroviaire V, représenté en traits mixtes, en appui sur des rails dont un seul est visible à la figure 1 avec la référence R. Ce bogie 1 est supporté par deux trains de roues 3 et 3' regroupées sur des essieux représentés par des axes A-A' et B-B' de rotation des roues. Des longerons 4 et 4' sont prévus pour supporter le châssis 2 en appui sur des boîtes à essieu 5 et 5' des roues 3 et 3'. Le châssis 2 et les longerons 4 et 4' sont réalisés en matériau composite, de préférence à base de résine époxydique ou phénolique chargée en fibres de verre, de carbone d'aramide ou équivalent. Ainsi, le bogie est sensiblement plus léger que des bogies classiques en acier, alors qu'il présente d'excel- lentes propriétés mécaniques et que son prix de revient peut être relativement bas. Des éléments de suspension secondaire 10 sont prévus pour être intercalés entre le châssis 2 et la caisse du véhicule V. Un moteur d'entraînement 11 et un système de freinage 12 sont également supportés par le châssis 2. Des amortisseurs 14 sont intercalés entre des parties en mouvement du bogie 1. Des bielles 15 sont articulées sur le châssis 2 alors que des butées 16 sont disposées autour d'un pivot d'entraînement 17 pour en limiter la course transversale. Les éléments 10 à 17 constituent des éléments fonctionnels du bogie 1. En fonction du type de bogie, porteur ou moteur, des équipements spécifiques à ce type de bogie et des équipements optionnels du véhicule V, les éléments fonctionnels 10 à 17 ou équivalents peuvent être de taille et de forme variables, ce qui influe sur leur implantation par rapport au châssis 2. Des rails 20 sont prévus pour être intégrés à la structure du châssis 2, plus précisément à l'intérieur de deux poutres 2a et 2b de ce châssis qui s'étendent globalement perpendiculaire- ment à la direction d'avance du véhicule V sur les rails R, représentée par la flèche F à la figure 1. Ces rails 20 ont une section transversale en forme de C et des coulisseaux 30 sont disposés dans le volume intérieur de chaque rail 20 de façon à pouvoir se déplacer en translation le long de ce rail. Chaque coulisseau 30 est pourvu d'un taraudage central destiné à recevoir une vis de fixation dont le serrage dans le taraudage correspondant permet d'immobiliser un support 33 pour l'un des éléments 10 à 17. Comme les coulisseaux peuvent être déplacés à l'intérieur des rails 20, les éléments à 17 peuvent être reçus sur les rails 20 de façon amovible en plusieurs emplacements répartis sur sa longueur. Comme il ressort de la figure 3, le châssis 2 est de forme globalement parallélépipédique et comprend un évidement central dont les deux poutres 2a et 2b constituent deux bordures. Les deux autres bordures de l'évidement 60 sont constituées par deux poutres creuses 2c et 2d raccordées aux traverses 2a et 2b par la continuité du matériau composite formant le châssis 2. Conformément à l'invention les volumes intérieurs respec- tifs 61 et 61' des poutres creuses 2c et 2d constituent des logements de réception des longerons 4 et 4'. Ces logements 61 et 61' peuvent être traversés de part en part par les longerons 4 et 4' pour relier les boîtes à essieu 5 et 5'. Ainsi, la fabrication d'un bogie conforme à l'invention comprend une étape d'insertion des longerons 4 et 4' à l'inté- rieur des logements 61 et 61', comme représenté par les flèches I à la figure 3, ces longerons ayant été préalablement sélec- tionnés en fonction de l'utilisation du bogie et, notamment, de son empattement, de sa charge à l'essieu et de la hauteur de la caisse prévus. L'invention permet donc d'atteindre une modula- rité particulièrement avantageuse d'un bogie de véhicule ferroviaire dans la mesure o un unique type de châssis peut être utilisé avec des longerons différents, en fonction de l'utilisation finale du bogie. La section intérieure des logements 61 et 61' est sensi- blement équivalente à la section extérieure des longerons 4 et 4' de sorte que la coopération de formes de ces éléments contribue à une bonne immobilisation des longerons à l'inté- rieur des logements. Compte tenu du caractère traversant des logements 61 et 61' et du fait que les longerons s'étendent de part et d'autre du châssis 2, c'est-à- dire en avant ou en arrière de celui-ci par rapport à la direction de déplacement F du véhicule sur les rails, la surface de portée du longeron 4 et 4' à l'intérieur des logements 61 et 61' est sensiblement égale à la longueur des poutres 2c et 2d, de sorte que le maintien des longerons par rapport au châssis peut être effectif sur une grande longueur. Par ailleurs, les poutres 2c et 2d comprennent des inserts 62 et 62' d'immobilisation des longerons 4 et 4' à l'intérieur du logement 61 et 61'. Ces inserts sont pourvus d'organes de blocage tels que des vis destinées à coopérer avec des moyens correspondants prévus dans les longerons 4 et 4' L'invention a été présentée avec un châssis et des longerons réalisés en matériau composite. Elle est cependant applicable avec des éléments de structure réalisés dans d'autres matériaux et notamment en acier. L'invention a été représentée avec des longerons 4 et 4' à section carrée ou rectangulaire et de forme globalement rectiligne; il est bien entendu qu'elle est applicable quelle que soit la géométrie des longerons et notamment avec des longerons en forme de boucle aplatie, les moyens de fixation des longerons à l'intérieur des logements correspondants étant alors adaptés. REVEND I CATIONS 1. Bogie pour véhicule ferroviaire (V), ledit bogie étant en appui sur des roues (3, 3') réparties sur au moins deux essieux (A-A', B-B'), au moins un longeron étant prévu pour relier lesdits essieux à un châssis, caractérisé en ce que ledit châssis (2) forme au moins un logement (61, 61'), en forme de tube débouchant aux deux extrémités, pour la réception dudit longeron (4, 4'). 2. Bogie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit logement (61, 61') est pourvu de moyens (62, 62') d'immobilisation dudit longeron (4, 4') par rapport audit châssis (2). 3. Bogie selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'immobilisation sont formés de dispositifs boulonnés ou de mâchoires articulées revêtues d'élastomère et fixées dans ledit logement (61, 61'). 4. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section interne dudit logement (61, 61') est adaptée pour épouser la forme extérieure dudit longeron (4, 4'). 5. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la portée dudit longeron (4, 4') dans ledit logement (61, 61') s'effectue grâce à des moyens d'arti- culation répartis sur la longueur dudit logement. 6. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit châssis (2) et ledit longeron (4, 4') sont réalisés en matériau composite. 7. Bogie selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit châssis (2) et ledit longeron (4, 4') sont réalisés en acier. 8. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit châssis (2) comprend deux poutres creuses (2c, 2d) s'étendant selon une direction globalement parallèle à la direction d'avance normale (F) dudit véhicule (V), un logement (61, 61') de réception d'un longeron (4, 4') étant ménagé dans chaque poutre. 9. Bogie selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit châssis (2) est de forme globalement parallélépipédique et pourvu d'un évidement central (60) bordé par lesdites deux poutres creuses (2c, 2d) et par deux traverses (2a, 2b) pourvues de moyens (20, 30, 33) de fixation d'éléments fonc- tionnels (10-17) du bogie. 10. Bogie selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites traverses (2a, 2b) sont réalisées en matériau compo- site et en ce que lesdits moyens de fixation comprennent au moins un support rigide allongé (20) immobilisé dans l'une desdites traverses, ledit support étant apte à recevoir, de façon amovible, en plusieurs emplacements répartis sur sa longueur, des moyens (30, 33) de fixation d'éléments fonction- nels (10-17) du bogie. 11. Procédé de fabrication d'un bogie pour véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il consiste à: - réaliser un châssis (2) pourvu d'au moins un logement (61, 61') de réception d'un longeron (4, 4') de support dudit châssis en appui sur deux essieux (A-A', B-B') de roues (3, 3'); choisir, parmi plusieurs longerons (4, 4') de géométries différentes, un longeron adapté à l'utilisation prévue dudit bogie; - insérer ledit longeron (4, 4') dans ledit logement (61, 61') et - immobiliser ledit longeron à l'intérieur dudit logement.