Brevet FR2802883A1 — publié le 20010629

L'invention se rapporte au domaine technique des systèmes de transport par rails. L'invention se rapporte plus particulièrement, mais non exclusivement aux systèmes de transport ferroviaires automatiques de personnes. En tant que concept, les systèmes de transport automatiques de personnes (APM Automatic people mover ou AGT automated guideway transit) sont connus depuis une trentaine d'années. La plupart des APM ont un fonctionnement tel que les véhicules s'arrêtent en station, I'intervalle entre les véhicules étant par exemple de l'ordre de 30 à 90 secondes. Certains APM ont un fonctionnement semi continu, les véhicules ralentissant en station jusqu'à une vitesse compatible avec la montée et la descente des passagers. La plupart des APM installés dans les années 1970 étaient implantés dans des complexes tels que centres d'affaires, aéroports, parcs d'attraction, campus universitaires. Connus sous l'appellation SLT (Shuttle loop transit), ces APM comprenaient des véhicules de dimensions moyennes cheminant sur un réseau comprenant peu d'aiguillages. Un concept plus ambitieux connu sous l'appellation PRT (Personal rapid transit) a également été envisagé dans les années 1970: de très petites cabines espacées de quelques secondes devaient circuler sur un réseau urbain très dense. Ce concept n'a pu être développé pour des raisons tant techniques qu'économiques. Au début des années 1980, les APM ont connu un développement en tant que concurrent des chemins de fer à traction électrique ou métropolitains. Le premier métro entièrement automatique au monde, connu sous l'appellation VAL (Villeneuve d'Ascq Lille, devenu Véhicule Automatique Léger) a ainsi été construit à Lille (FR) par la société Matra transport international et fonctionne depuis mai 1983 pour une première ligne de treize kilomètres, et depuis 1989 sur une deuxième ligne de douze kilomètres, entre 36 stations, avec 83 rames de deux voitures sur pneumatiques, à une vitesse maximum de 80km/h, vingt heures sur vingt quatre. Un deuxième VAL, l'OrlyVal a été mis en service en octobre 1991 pour relier l'aéroport d'Orly (FR) au réseau de transport en commun de Paris. Un troisième VAL est en fonctionnement à Toulouse (FR) depuis juin 1993. D'autres types d'APM que le VAL, entièrement automatiques ou non, le maintien d'un conducteur étant lié à des considérations souvent psychologiques et non par des impératifs techniques, ont été mis en place depuis. On peut citer, par exemple, les APM suivants - systèmes Poma 2000 à Laon (FR); - système Otis-Metro-shuttle 6000; - SkyTrain de Vancouver (CA), conçu par UTDA, inauguré en 1986, comprenant 130 véhicules roues acier, roulant jusqu'à 90 km/h sur un réseau de 30 km comprenant 20 stations; système DLR (Docklands light railway) de Londres (GB), conçu par GEC et Mowle, inauguré en 1987, comprenant 80 véhicules roues acier, roulant jusqu'à 80 km/h sur un réseau de 27 km comprenant 35 stations; - système Metromover de Miami (US), conçu par Adtranz, inauguré en 1986, comprenant 29 véhicules sur pneus, circulant sur un réseau en anneau à double voie de 7 km comprenant 21 stations; - systèmes NTS à Osaka (JP) et KNT Portliner et Rokkoliner à Kobé (JP), - ligne D Maggaly du métro de Lyon (FR); - ligne 14 du métro de Paris (FR). Diverses suspensions ont été employées ou envisagées pour ces APM: roues acier, pneus en polyuréthane, pneu caoutchouc, coussin d'air, lévitation magnétique. Diverses techniques de propulsion ont été employées ou envisagées autopropulsion par moteur électrique, moteur à induction, traction par câble. Ainsi, par exemple: - un APM a traction par câble de type funiculaire sur pneus a été installé à Laon (FR) par la société Pomagalski. Inauguré en 1989, il permet le transport de quarante personnes par véhicule à une vitesse pouvant atteindre 45 km/h entre deux gares d'extrémité distantes de 1,5 km avec un dénivelé de 100m - un APM entièrement automatique de type monorail suspendu est en is fonctionnement depuis 1991 à Dortmund (DE). Conçu par Siemens AG transportation systems group en collaboration avec Duewag, ce monorail dénommé Sipem (Siemens people mover system ou HBahn) a une capacité de 15000 personnes par heures, avec un intervalle minimum de six secondes entre chaque véhicule pouvant embarquer 65 personnes jusqu'à 65km/h; - un APM à câble tracteur et pince débrayable dont les cabines ne s'arrêtent pas en station, commercialisé par Doppelmayr cable car (DCC) en partenariat avec Siemens, pourrait permettre le transport de 5000 personnes à l'heure, à vitesse faible. Dans le cas d'une traction par câble, les véhicules des APM connus dans l'art antérieur sont: o fixés en continu au câble tracteur; o ou bien pourvus d'une pince permettant la saisie du câble tracteur à l'arrêt du véhicule o en vol. Aujourd'hui plus de cinquante aéroports dans le monde sont pourvus de systèmes de transport de type APM (Kuala Lumpur, Las Vegas/Mac Arran, Tampa,Seattle/Tacoma, Miami International, Singapour/Changi, Denver, Newark/New-Jersey, Londres/Gatwick, Francfort...). La diversité des solutions techniques en termes de propulsion, de suspension, et la relative rareté des APM, à comparaison des moyens de transports traditionnels tels que métro, sont des signes qui reflètent bien la complexité technique des solutions économiquement viables pour les APM. A titre d'illustration, le système SK6000 de la société Soulé, d'un APM à traction par câble, prévu pour l'aéroport Charles de Gaulle (FR) a récemment dû être abandonné après plusieurs années de travaux de mise au point. La fiabilité de tels systèmes de transport doit en effet être très élevée, de l'ordre de 99,5% et plus, en particulier lorsqu'ils sont prévus pour le transport de passagers dans un aéroport, les exploitants des APM pouvant être contraints de payer des pénalités extrêmement élevées lors de pannes empêchant les passagers de l'APM de prendre leur avion. Les vitesses de déplacement de ces APM doivent par ailleurs être élevées, y compris sur des réseaux pourvus de nombreux virages, du fait des nombreux bâtiments existants le plus souvent avant le tracé des voies. L'invention révèle une nouvelle structure de roues directrices pour transport sur rails, notamment d'une installation de type APM, permettant une vitesse de déplacement plus élevée, notamment en virage serré, que celles accessibles pour les APM connus dans l'art antérieur, tout en réduisant les bruits de roulement et en assurant une grande fiabilité en fonctionnement. Cette structure pourra trouver son application tant pour le transport de marchandises que de personnes. En vue des objectifs ci-dessus, I'invention se rapporte, selon un premier objet, à un dispositif de guidage d'un galet porteur d'un mobile, ce galet roulant autour d'un axe sur une voie prédéterminée telle qu'un rail, ce dispositif comprenant, intégré audit mobile: - au moins un moyen de suivi plaqué sur la voie; - des moyens formant articulation rotule, par rapport au mobile, de l'axe de s rotation du galet porteur; - des moyens sensiblement rigides aptes à transmettre à l'axe du galet porteur les mouvements du moyen de suivi. Le dispositif présente en outre, dans diverses réalisations, les caractères suivants, pris seuls ou en combinaison: - le moyen de suivi est placé en amont du galet porteur, par rapport au sens de déplacement de ce galet porteur; - le moyen de suivi est placé en aval du galet porteur, par rapport au sens de déplacement de ce galet porteur; - le moyen de suivi est plaqué contre la voie par son poids propre; - le moyen de suivi est plaqué contre la voie par un moyen intégré au mobile tel qu'un vérin, un ressort ou tout autre moyen équivalent; - le moyen de suivi est une roue. L'invention se rapporte, selon un deuxième aspect, à un mobile tel qu'un véhicule ferroviaire, comprenant au moins un dispositif tel que présenté ci dessus. Selon diverses réalisations: - le véhicule comprend deux galets porteurs avants pourvus chacun, en amont par rapport au sens de déplacement du véhicule, d'un dispositif de guidage, et deux galets porteurs arrières pourvus chacun, en aval par rapport au sens de déplacement du véhicule, d'un dispositif de guidage; - les moyens de suivi sont des roues réalisées en un matériau choisi parmi le groupe comprenant les polymères, les polymères renforcés de fibres, les alliages métallique tels qu'alliages d'aluminium, les roues étant de diamètre inférieur à celui des galets porteurs en acier; - au moins un palonnier relie, via deux biellettes, les deux parties extrêmes d'au moins un axe de rotation d'un galet porteur; - le véhicule est de type à entraînement automatique, pour le transport de personnes et/ou de produits; - le véhicule est de type à entraînement par câble. s D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement au cours de la description suivante de modes de réalisation, description qui va être faîte en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'un ensemble châssis-roues d'un APM pourvu d'une structure de roues selon un mode de réalisation de I'invention; - la figure 2 est une vue de dessus, de détail, de l'ensemble roue directrice/ roue porteuse et de leurs articulations; - la figure 3 est une vue selon le plan 111-111 de la figure 2; - la figure 4 est une vue selon le plan IV- IV de la figure 3; - la figure 5 est une vue selon le plan V-V de la figure 3; - la figure 6 est une vue en coupe transversale suivant l'axe d'une roue porteuse. La description suivante d'une nouvelle structure de roues directrices pour engin roulant sur rails va être effectuée en référence à une application aux systèmes de transport automatiques de personnes, dits APM. Il est entendu toutefois que cette structure de roues directrices pourra trouver d'autres applications dans le domaine du transport sur rails, pour le transport automatique ou non de personnes et/ou de produits. On se rapporte tout d'abord à la figure 1. La figure 1 est une vue de dessus d'un ensemble châssis-roues d'un véhicule ferroviaire. Le châssis de ce véhicule est inscrit, dans le plan de la figure 1, dans une enveloppe sensiblement rectangulaire, élancée selon une direction D1. Dans la suite du texte - les termes, longitudinal,, " longueur, seront employés en référence à la première direction D1 d'élancement du véhicule 1; - les termes " transversal ", " largeur " seront employés en référence à une deuxième direction D2, contenu dans le plan de la figure 1, et perpendiculaire à la direction d'élancement D1; - les termes, supérieur ", " inférieur ", seront employés en référence à une troisième direction D3 formant un trièdre direct avec la première et la deuxième direction D1, D2. o10 L'ensemble châssis-roues tel que représenté en figure 1 est supposé tel que l'avant du véhicule correspond au côté gauche de la figure, la face latérale gauche du véhicule étant celle faisant face à la flèche F. Il est entendu toutefois que cette orientation du véhicule n'est donnée ici que pour simplifier la description, les termes " avant ", " arrière >" étant employés en référence au sens de déplacement du véhicule, ce sens pouvant être inversé. L'ensemble châssis-roues est, afin de simplification, représenté en figure 1 dans une disposition correspondant à l'arrêt ou au mouvement du véhicule ferroviaire sur un tronçon de voies sensiblement rectiligne. Dans la réalisation considérée en figure 1, le véhicule ferroviaire est du type à traction par câble. Deux systèmes de pinces débrayables 2 permettent, dans les stations d'embarquement et de débarquement, la saisie et le relâchement d'un câble (non représenté). D'autres moyens d'entraînement du véhicule ferroviaire peuvent être mis en oeuvre, tout en conservant la structure de roues directrices selon l'invention, ainsi qu'il apparaîtra clairement à l'homme du métier. Dans la réalisation considérée en figure 1, le véhicule est pourvu de quatre galets porteurs 3, 4, 5, 6, et de quatre roues directrices 7, 8, 9, 10. Les quatre galets porteurs 3, 4, 5, 6 et les quatre roues directrices 7, 8, 9, 10 forment quatre ensemble articulés, de structures sensiblement identiques, un seul de ces ensembles, avant gauche, faisant par la suite objet d'une description détaillée en références aux figures 2 à 6. Ce qui va être dit pour l'ensemble articulé roue directrice/galet porteur avant gauche pourra être transposé par symétrie aux trois autres ensembles articulés du châssis de la figure 1. Le galet porteur 3, en alliage métallique tel qu'acier, est monté avec roulement conique double 11 sur un fourreau métallique 12 en acier. Pour limiter l'usure et les phénomènes de fatigue tout en réduisant les bruits de fonctionnement, le roulement est lubrifié. Dans une première réalisation, une lubrification à l'huile par ruissellement est prévue, l'huile étant projetée par effet centrifuge des pièces tournantes. Dans un autre mode de réalisation, une circulation d'huile est prévue, une pompe assurant la circulation de l'huile qui peut être filtrée et refroidie, I'huile étant amenée dans une rainure du roulement ou distribuée sous forme de jets par des gicleurs 13. Dans un autre mode de réalisation, un brouillard d'huile est obtenu par injection d'huile en fines gouttelettes dans de l'air comprimé. Un couvercle de galet 14 vissé et des joints 15 assurent l'étanchéité du montage du galet porteur 3. L'axe 16 transversal du galet porteur 3 est monté vers l'extérieur et vers l'intérieur en liaison rotule avec des axes gardes boîtier 17, longitudinaux et sensiblement parallèles entre eux. Ces axes sont sensiblement parallèles à un axe longitudinal saillant des boîtiers de rotule et articulé à une première partie extrême d'une biellette 18, longitudinale. Chaque biellette 18 est articulée à une partie extrême d'un des deux bras d'un palonnier transversal 19 de renvoi de mouvement du galet porteur 3. Le palonnier 19 est articulé en rotation autour d'un axe sensiblement vertical 20 situé à mi-distance de ses articulations avec les biellettes 18, cet axe vertical 20 étant sensiblement contenu dans un plan P passant à mi-largeur du galet porteur 3 et à mi-largeur de la roue directrice associée 7. On décrit maintenant une roue directrice 7 et sa liaison avec un galet porteur associé 3. Chaque roue directrice 7 est montée avec roulements double conique 21 sur un axe 22. Chaque roue directrice est élaborée en un matériau choisi parmi le groupe comprenant les polymères, les polymères renforcés de fibres, les alliages métalliques tels qu'alliages d'aluminium, ou tout autre matériau équivalent. Dans une réalisation particulière, les roues directrices sont en alliage d'aluminium de la série 6000. Dans la réalisation représentée, les roues directrices sont de diamètre inférieur à celui des galets directeurs. Pour limiter l'usure et les phénomènes de fatigue tout en réduisant les bruits de fonctionnement, le roulement conique de la roue directrice est lubrifié. 0lo Dans une première réalisation, une lubrification à l'huile par ruissellement est prévue, l'huile étant projetée par effet centrifuge des pièces tournantes. Dans un autre mode de réalisation, une circulation d'huile est prévue, une pompe assurant la circulation de l'huile qui peut être filtrée et refroidie, l'huile étant amenée dans une rainure du roulement ou distribuée sous forme de jets par des gicleurs 23. Dans un autre mode de réalisation, un brouillard d'huile est obtenu par injection d'huile en fines gouttelettes dans de l'air comprimé. Un couvercle de galet 24 vissé et des joints 25 assurent l'étanchéité du montage de la roue directrice 7. Deux bras 26, 27 d'un châssis support 28 de la roue directrice 7 sont rigidement fixés, par leur première extrémité 29, 30 à l'axe 22 de cette roue directrice 7. Ainsi qu'il apparaît en figure 2, ces deux bras 26, 27 s'étendent depuis l'axe 22 de la roue directrice jusqu'au delà de l'axe 16 du galet porteur associé et sont solidaires du montage du galet porteur 3. Un moyen d'appui tel qu'un ressort, un vérin ou tout autre moyen équivalent exerce une force sur les bras 26, 27 de résultante telle que la roue directrice est maintenue en appui contre le rail, dans les conditions normales d'utilisation. Dans des réalisations particulières, des systèmes de sécurité mesurent la réaction du rail à l'appui des roues directrices et/ou le maintien du contact entre les rails et les roues directrices. Lors du passage en courbe, les roues directrices commandent le déplacement des galets porteurs par rapport à un centre de rotation commun, fonction du rayon de courbure des rails. Il Le mouvement des roues directrices 7, 8, 9 10, transmis par le châssis support 28 au montage des galets porteurs 3, 4, 5, 6 provoque une rotation des galets porteurs, rotation contrôlée par l'ensemble formé par les boîtiers de rotule, les biellettes 18 et palonniers 19. Les quatre ensembles roue directrice/galet porteur fonctionnent ainsi de manière indépendante. io Par cette disposition, les bruits liés au roulement sont atténués, par réduction des frottements, y compris pour le passage du véhicule à vitesse élevée dans des sections de voie de faibles rayons de courbure. La réduction des frottements est en particulier notable lorsque les galets porteurs sont métalliques, sans revêtement de caoutchouc sur leur bande de roulement. Un dispositif de sécurité est prévu, dans certains modes de réalisation, en cas de déraillement d'au moins une des roues directrices. Dans la réalisation représentée, ce dispositif de sécurité comprend une pièce 29 dont une première partie extrême inférieure 30 présente un profil transversal complémentaire à celui du rail placé en regard. Cette pièce 29 est en outre reliée, en sa partie extrême supérieure au châssis 28 support de roue directrice 7 et à un dispositif d'amortissement d'axe sensiblement vertical tel qu'un ressort 32, un vérin ou tout autre dispositif analogue. En cas de déraillement d'une roue de guidage, la pièce 29 prend la fonction de guidage de cette roue. Les profils des galets porteurs et des roues de guidage, comme le profil de la pièce 29 sont bien entendus choisis en fonction du profil du rail considéré. REVENDICATIONS 1. Dispositif de guidage d'un galet porteur (3, 4, 5, 6) d'un mobile, ce galet roulant autour d'un axe (22) sur une voie prédéterminée telle qu'un rail, caractérisé en ce qu'il comprend, intégré audit mobile: - au moins un moyen de suivi (7, 8, 9, 10) plaqué sur la voie; - des moyens formant articulation rotule, par rapport au mobile, de l'axe de rotation (22) du galet porteur (3, 4, 5, 6); - des moyens sensiblement rigides (28) aptes à transmettre à l'axe de io0 rotation (22) du galet porteur (3, 4, 5, 6) les mouvements du moyen de suivi (7, 8, 9, 10). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de suivi (7, 8) est placé en amont du galet porteur (3, 4), par rapport au sens de déplacement de ce galet porteur (3, 4). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de suivi (9, ) est placé en aval du galet porteur (5, 6), par rapport au sens de déplacement de ce galet porteur (5, 6). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de suivi (7, 8, 9, 10) est plaqué contre la voie par son poids propre. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de suivi (7, 8, 9, 10) est plaqué contre la voie par un moyen intégré au mobile tel qu'un vérin, un ressort ou tout autre moyen équivalent. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de suivi est une roue (7, 8, 9, 10). 7. Véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux galets porteurs avants pourvus chacun, en amont par rapport au sens de déplacement du véhicule, d'un dispositif de guidage, et deux galets porteurs arrières pourvus chacun, en aval par rapport au sens de déplacement du véhicule, d'un dispositif de guidage. 9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de suivi sont des roues réalisées en un matériau choisi parmi le groupe comprenant les polymères, les polymères renforcés de fibres, les alliages métalliques. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de suivi sont des roues en alliage d'aluminium et sont de diamètre inférieur à celui des galets porteurs en acier. 11. Véhicule selon lune quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'un moins un palonnier (19) relie, via deux biellettes (18), les deux parties extrêmes d'au moins un axe de rotation (16) d'un galet porteur (3). 12. Véhicule selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est de type à entraînement automatique, pour le transport de personnes et/ou de produits. 13. Véhicule selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il est de type à entraînement par câble.