Brevet FR2798895A1 — publié le 20010330

1i 2798895 La présente invention concerne un bogie de motrice pour voie ferrée. Un bogie est un chariot à deux ou trois essieux sur lequel pivote, dans les courbes, la caisse d'un wagon ou d'une motrice. Or la capacité de traction d'une motrice étant d'autant plus grande que sa masse est importante, il existe une forte tendance à augmenter la charge à l'essieu. Toutefois, dans de nombreux pays, les réseaux de voie ferrée sont en mauvais état et sur ces voies, la charge à l'essieu est donc limitée. Par ailleurs, bien que les bogies à trois essieux (appelés bogie C) permettent de réduire la charge par essieu, ils sont en revanche moins tolérants dans les courbes que les bogies B à deux essieux, et imposent aux rails des efforts latéraux plus importants car la dimension du bogie devient relativement importante par rapport à la courbure de la voie. Certains pays s'interdisent ainsi l'usage de tels bogies. Une solution consiste à utiliser des bogies C dont les essieux sont orientables et sont donc en permanence parfaitement positionnés par rapport à la voie. Le gain attendu se situe dans une réduction considérable de l'usure des voies et des roues et dans une meilleure tenue du bogie, les deux aspects contribuant à une augmentation des capacités de transport sans modification de l'infrastructure du réseau. L'orientation des essieux dans un tel bogie, s'effectue en général au moyen de liaisons mécaniques utilisant la rotation du bogie lui-même ou la rotation d'un autre équipement mécanique dédié au guidage. Cependant, les différents projets mis en oeuvre posent toujours des problèmes techniques. En effet, la rotation du bogie est freinée par l'effort résistant ) provenant du guidage des essieux, ce qui limite l'optimisation de l'inscription en courbe et la qualité de l'inscription dépend du jeu admissible dans les biellettes mécaniques de liaison. En outre, la défaillance des liaisons mécaniques entraîne une dégradation du comportement du bogie nécessitant une réduction de vitesse de la motrice ou un arrêt sans que le conducteur en soit conscient, ce qui présente des dangers. Au surplus, les efforts mécaniques sont considérables et rendent le système intrinsèquement fragile et sensible au vieillissement et donc peu adapté aux pays disposant de moyens d'entretien limités. 29 2798895 Il en résulte que les constructeurs de bogies C ont, pour la plupart, abandonné tout système de guidage des essieux. Il existe néanmoins des systèmes de guidage actifs utilisant des calculateurs et le cas échéant des systèmes de localisation par satellite pour anticiper le déplacement du bogie à partir de la connaissance topographique de la voie. Cependant, ces solutions sont onereuses et inadaptées à bien des égards, aux pays faiblement industrialisés. La présente invention a pour but de résoudre de manière simple, fiable et efficace, les problèmes techniques inhérents à l'art antérieur. Ce but est atteint, conformément à l'invention, au moyen d'un bogie du type comprenant un châssis principal et au moins un châssis auxiliaire à un essieu relié à une extrémité dudit châssis principal au moyen d'une articulation à axe de rotation vertical, caractérisé en ce que l'articulation du châssis auxiliaire est couplée à une direction assistée commandée par la courbure de la voie à partir de la mesure du décalage angulaire entre les axes longitudinaux respectifs de la motrice et du châssis principal. Selon une caractéristique avantageuse, l'axe de rotation du châssis auxiliaire est situé à mi-distance entre les axes horizontaux respectifs de l'essieu du châssis principal et de son propre essieu. Selon un mode de réalisation spécifique, la direction assistée comprend, en outre, deux vérins hydrauliques simple effet ou un vérin hydraulique double effet montés sur le châssis principal de façon à agir latéralement sur le châssis auxiliaire pour forcer sa rotation. Selon une autre caractéristique, la direction assistée comprend une centrale hydraulique indépendante susceptible de délivrer un volume d'huile proportionnel au décalage angulaire entre les axes longitudinaux respectifs de la motrice et du châssis principal. Selon une autre variante, la direction assistée est équipée d'au moins un ressort de rappel destiné à replacer le châssis auxiliaire dans une position d'alignement de son axe avec l'axe du châssis principal en cas de défaillance de ladite direction. Avantageusement, ledit ressort de rappel est monté coaxialement autour dudit vérin hydraulique. Selon un autre mode de réalisation, le bogie comporte deux châssis auxiliaires montés respectivement à chacune des extrémités du châssis principal. De préférence, la direction assistée comprend un système de sécurité équipé, d'une part, de capteurs permettant de contrôler 3 2798895 l'alignement des axes respectifs du châssis auxiliaire, du châssis principal et de la motrice sur les portions rectilignes de la voie et, d'autre part, d'un organe d'arrêt de l'assistance qui est susceptible d'être activé en cas de détection d'un écart angulaire entre lesdits axes. Selon une variante spécifique, la direction comprend, un premier capteur pour contrôler l'alignement des axes du châssis principal et de la motrice, et au moins un second capteur pour contrôler l'alignement des axes du châssis principal et du châssis auxiliaire. Selon une autre variante, la direction assistée comprend des accumulateurs hydropneumatiques pour absorber les chocs éventuels produits sur l'essieu par la voie. De préférence, la direction assistée est attaquée par un jeu d'engrenages de démultiplication du décalage angulaire lié à la courbure de la voie dont le jeu est adapté au mouvement de lacet naturel du bogie. Selon encore une autre caractéristique, le châssis principal est constitué d'une plate-forme pourvue d'au moins un essieu et se prolongeant par une fourche qui s'appuie sur des patins portés par le châssis auxiliaire. Le bogie de l'invention est simple et offre une très grande tolérance vis-à-vis de la mauvaise qualité de certaines voies. En outre, il permet de garantir que les roues soient toutes tangentes à un même cercle et donc bien alignées sur la voie sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un déplacement transversal de l'essieu central. En appliquant le principe de la direction assistée au guidage des essieux, on supprime le problème de la résistance au pivotement du bogie. Dans cette application à l'invention, la direction assistée est pilotée non plus par la rotation de la colonne de direction qui n'existe pas sur une motrice mais par la courbure de la voie, laquelle est mesurée à partir de l'angle de la caisse de la motrice avec le bogie. L'énergie indispensable est fournie par un dispositif annexe qui ne perturbe pas la prise de l'information. Le guidage se fait alors avec une meilleure réactivité en entraînant également une moindre usure des roues. La fiabilité est assurée tout comme l'est celle d'une direction assistée d'un véhicule routier ordinaire. Enfin, grâce au système de sécurité et aux ressorts de rappel, le bogie de l'invention reste suffisamment stable et opérationnel même en cas de panne de l'assistance hydraulique. 4 2798895 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre accompagnée des dessins sur lesquels: - les figures 1A et lB représentent des vues respectivement en plan et de profil d'un mode de réalisation de châssis principal du bogie de l'invention; - les figures 2A et 2B représentent des vues respectivement en plan et de profil d'un mode de réalisation de châssis auxiliaire du bogie de l'invention; - la figure 3 représente une vue en plan du bogie de l'invention après assemblage des châssis des figures précédentes; - les figures 4A et 4B représentent des vues schématiques de deux variantes de la direction assistée utilisée pour le bogie de l'invention; - la figure 5 représente une vue schématique d'un mode de réalisation du système de sécurité utilisé pour le bogie de l'invention. Le bogie de l'invention est destiné à équiper des motrices de chemin de fer. Ces motrices peuvent comporter plusieurs bogies. Ce bogie comprend un châssis principal 1 représenté sur les figures 1A et lB ainsi qu'au moins un châssis auxiliaire 2 du type de celui qui est représenté sur les figures 2A et 2B et, de préférence, deux châssis auxiliaires 21,22 montés respectivement à chacune des extrémités du châssis principal. Dans les modes de réalisation représentés, tant le châssis principal 1 que les châssis auxiliaires 21,22 ne comportent qu'un seul essieu 3. Chacun des châssis auxiliaires 2 est relié au châssis principal au moyen d'une articulation 4 à axe de rotation vertical représenté en vue de dessus sur la figure 3. L'axe de rotation du châssis auxiliaire 2 est situé à mi-distance d entre les axes horizontaux respectifs de l'essieu 31 du châssis principal 1 et de son propre essieu 32. Le châassis principal est constitué d'une plateforme 10 se prolongeant à l'avant et à l'arrière par deux bras 11,12 formant une fourche qui s'appuie sur des patins 23 portés par les châssis auxiliaires 21,22. Selon l'invention, l'articulation 4 est couplée à une direction assistée D. Cette direction assistée, représentée sur les figures 4A, 4B et , est commandée par la courbure de la voie à partir de la mesure du décalage angulaire qui apparaît en courbe entre les axes longitudinaux respectifs de la motrice et du châssis principal. 2798895 Ce décalage trouve son origine dans les différences de longueur de la motrice et du châssis relativement à la longueur de la courbe. Dans la direction assistée D, la colonne de direction est remplacée par un jeu d'engrenages de démultiplication du décalage angulaire lié à la courbure de la voie dont le jeu est adapté au mouvement de lacet naturel du bogie. Ces engrenages permettent ainsi d'éviter les dysfonctionnements éventuels qui seraient provoqués par le phénomène de lacet. La direction assistée D comprend une centrale hydraulique indépendante 5 qui est équipée d'une pompe 6 alimentée à partir d'un réservoir R et qui est susceptible de délivrer un volume d'huile proportionnel au décalage angulaire entre les axes respectifs de la motrice et de son châssis principal. Ce volume d'huile alimente au moins un vérin hydraulique 7 et, de préférence, deux vérins 71,72 montés transversalement sur le châssis principal 1 et agissant latéralement sur le châssis auxiliaire 2 pour forcer sa rotation. De préférence, les vérins sont reliés au châssis principal 1 et au châssis secondaire par le biais de rotules. Le mode de réalisation (figure 4B) à un seul vérin 7 par châssis auxiliaire nécessite l'utilisation d'un vérin double effet permettant d'assurer la rotation du châssis auxiliaire vers la droite et vers la gauche. Le mode de réalisation (figure 4A) à deux vérins symétriques par châssis auxiliaire peut utiliser que des vérins simple effet. La direction assistée comprend, en outre, au moins un ressort de rappel 8 destiné à replacer le châssis auxiliaire 2 dans une position d'alignement de son axe avec l'axe du châssis principal 1 en cas de défaillance de l'assistance hydraulique. De préférence, chaque vérin hydraulique 7 est associé à un ressort 8 monté de façon périphérique et coaxiale autour dudit vérin. Dans le mode de réalisation à deux vérins par châssis auxiliaire, on prévoit ainsi deux ressorts identiques en opposition. Dans le mode de réalisation de la figure 5, la direction assistée D comprend également un système de sécurité S équipé, d'une part, de capteurs C (par exemple inductifs) destinés à contrôler l'alignement des axes respectifs du châssis auxiliaire, du châssis principal et de la motrice sur les portions rectilignes de la voie et, d'autre part, un organe d'arrêt A de l'assistance qui est susceptible d'être activé en cas de détection d'un écart angulaire entre lesdits axes. Un premier capteur permet de contrôler l'alignement des axes du châssis principal et de la 6 2798895 motrice et un second capteur permet de contrôler l'alignement des axes du châssis principal et du châssis auxiliaire. Lorsque le bogie est équipé de deux châssis auxiliaires, le jeu de capteurs C comprend alors, trois capteurs permettant de détecter le passage du châssis principal dans l'axe de la motrice et l'alignement des châssis auxiliaires. Ainsi, en ligne droite, si l'un des capteurs C détecte l'alignement du châssis principal avec la motrice tandis que les autres capteurs indiquent un décalage des châssis auxiliaires alors l'organe d'arrêt A est sollicité automatiquement et électriquement, et désactive l'assistance hydraulique en ouvrant rapidement les purges P du circuit d'huile. La puissance des ressorts 8 se trouve ainsi libérée et rappelle les châssis auxiliaires dans une position d'alignement mutuel. Le système de sécurité S est susceptible d'être aussi sollicité en cas de défaillance de la centrale hydraulique 5. Par ailleurs, les efforts supportés par les roues de l'essieu du bogie peuvent être considérables, en particulier, au passage des appareils de voie qui génèrent des chocs très importants susceptibles de provoquer des décalages accidentels et fréquents des châssis auxiliaires. Selon l'invention, il est donc prévu de monter des accumulateurs hydropneumatiques 73 (voir figure 5) permettant d'absorber les chocs sur l'essieu 32 et de compenser, le cas échéant, les fuites d'huile éventuelles des circuits hydrauliques. Toujours, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, la direction assistée D comprend en outre, un régulateur 9 du débit d'huile. 7 2798895 REVENDICATIONS 1. Bogie de motrice pour voie ferrée du type comprenant un châssis principal (1) et au moins un châssis auxiliaire (2) à un essieu (32) relié à une extrémité dudit châssis principal au moyen d'une articulation (4) à axe de rotation vertical, caractérisé en ce que l'articulation (4) du châssis auxiliaire (2) est couplée à une direction assistée (D) commandée par la courbure de la voie à partir de la mesure du décalage angulaire entre les axes longitudinaux respectifs de la motrice et du châssis principal (1). 2. Bogie selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de rotation du châssis auxiliaire (2) est situé à mi-distance (d) entre les axes horizontaux respectifs de l'essieu (31) du châssis principal (1) et de son propre essieu (32). 3. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction assistée (D) comprend, en outre deux vérins hydrauliques simple effet (71,72) ou un vérin hydraulique (7) double effet, montés sur le châssis principal (1) de façon à agir latéralement sur le châssis auxiliaire (2) pour forcer sa rotation. 4. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction assistée (D) comprend une centrale hydraulique indépendante (5) susceptible de délivrer un volume d'huile proportionnel au décalage angulaire entre les axes longitudinaux respectifs de la motrice et du châssis principal (1). 5. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction assistée (D) est équipée d'au moins un ressort de rappel (8) destiné à replacer le chassis auxiliaire (2) dans une position d'alignement de son axe avec l'axe du châssis principal (1) en cas de défaillance de ladite direction. 6. Bogie selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que ledit ressort de rappel (8) est monté coxialement autour dudit vérin hydraulique (7). 7. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux châssis auxiliaires (21,22) montés respectivement à chacune des extrémités du châssis principal (1). 8. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction assistée (D) comprend un système de sécurité équipé, d'une part, de capteurs (C) permettant de contrôler l'alignement des axes respectifs du châssis auxiliaire (21,22), du châssis principal (1) et de la motrice sur les portions rectilignes de la voie et, d'autre part, 8 2798895 d'un organe d'arrêt (A) de l'assistance qui est susceptible d'être activé en cas de détection d'un écart angulaire entre lesdits axes. 9. Bogie selon la revendication 8, caractérisé en ce que la direction assistée (D) comprend un premier capteur pour contrôler l'alignement des axes du châssis principal (1) et de la motrice et au moins un second capteur pour contrôler l'alignement des axes du châssis principal (1) et du châssis auxiliaire (2). 10. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction assistée (D) comprend des accumulateurs hydropneumatiques (73) pour absorber les chocs éventuels produits sur l'essieu (32) par la voie. 11. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la direction assistée (D) est attaquée par un jeu d'engrenages de démultiplication du décalage angulaire lié à la courbure de la voie dont le jeu est adapté au mouvement de lacet naturel du bogie. 12. Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le châssis principal (1) est constitué d'une plate-forme (10) pourvue d'au moins un essieu (31) et se prolongeant par une fourche qui s'appuie sur des patins (23) portés par le châssis auxiliaire (2).