Brevet FR2829740A1 — publié le 20030321

VEHICULE FERROVIAIRE A GRANDE VITESSE La présente invention se rapporte au matériel roulant des chemins de fer d'une manière générale, c'est à dire, machines de traction, voitures, wagons. A l'heure actuelle, ces éléments ferroviaires sont constitués de caisses reposant sur des bogies. Pour mémoire, rappelons qu'un bogie est un petit chariot disposé sous chaque extrémité des caisses et généralement constitué d'un châssis monté sur deux essieux, trois le cas échéant. Il est à remarquer que pour assurer la stabilité du système, il suffit de trois points de contact entre les roues et les rails. Par ailleurs, l'étude du mouvement plan sur plan montre que dans les courbes, un tel bogie s'inscrit obliquement par rapport à l'axe de la voie, la roue extérieure du premier essieu montant sur le rail avec contact du bandage en deux points. L'ellipse de contact entre la roue et le rail situé en alignement droit au sommet de la table de roulement se déplace en courbe vers le congé de roulement, ce qui sollicite fortement ce dernier. De plus, les contraintes de traction des machines aggravent cette situation. Il en résulte au minimum, une usure prématurée de l'arête intérieure du champignon, au pire, des défauts de fatigue à quelques millimètres sous la surface, ce qui peut entraîner la détérioration du rail. Par ailleurs, la conicité des bandages, provoque dans les alignements droits un mouvement de lacet, que l'on peut certes combattre en bridant le mouvement de rotation des bogies par l'emploi d'amortisseurs longitudinaux, mais cela entraîne une raideur supplémentaire dans l'inscription en courbe des véhicules. Partant de ces constatations négatives et selon une première phase de la démarche inventive, il a été imaginé un système développé en Espagne à la fin de la guerre civile afin de rétablir la circulation des trains sur des voies à géométrie très approximative. Ce système se nomme Train Articulé et Léger Goicochea Y Oriol plus communément connu sous le nom de Talgo . Pour mémoire, ce système consiste en une succession de triangles reposant d'une part sur un faux essieu muni de deux roues indépendantes pendant que le troisième sommet de ces triangles repose sur le milieu du faux essieu du triangle suivant. Le sommet du dernier triangle reposant nécessairement sur l'arrière d'un fourgon destiné à cet effet. C'est en partant donc de ces constatations et réflexions, ainsi que du système Talgo connu et du domaine public, que la présente invention a été réalisée. Elle concerne à cet effet, un véhicule ferroviaire constitué d'au moins une machine de traction et d'une pluralité de wagons, destinés notamment au transport de marchandises, chacun desdits wagons ou machines de traction reposant sur un châssis monté sur deux ou trois essieux, ceux-ci étant reliés les aux autres par une succession de triangles du type Train, Articulé, Léger, Goicochea, y, Oriol dits Talgo caractérisé en ce que chacun desdits wagons ou machines de traction composant le véhicule ferroviaire repose sur un châssis dont deux faux essieux extrêmes sont reliés entre eux par deux triangles montés en opposition, reposant respectivement par leurs angles de base sur chacune des roues de chacun des deux essieux, alors que leurs angles respectifs au sommet sont en coïncidence pour former une articulation se trouvant à l'aplomb d'un centre fictif d'un troisième faux essieu médian, rendant ainsi chaque wagon indépendant du précédent. Une telle solution permet de réaliser des véhicules ferroviaires aptes aux grandes vitesses sollicitant les voies au minimum et ayant de bonnes caractéristiques de freinage. Un tel véhicule ferroviaire à grande vitesse, notamment destiné au transport de marchandises permet d'alléger le transport routier à longue distance, tel que par camions semi-remorque, autocars, qui ont acquis un tel développement qu'il est devenu urgent de désencombrer les routes ainsi que les autoroutes. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que le véhicule ferroviaire pourra s'affranchir du fourgon nécessaire dans la constitution d'un train équipé d'un système Talgo traditionnel afin de permettre la mise en appui du sommet du dernier triangle du dernier wagon comme évoqué précédemment. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 représente schématiquement l'art antérieur montrant en vue de dessus une succession de triangles Talgo disposés de la manière évoquée ci-dessus, le sommet du dernier triangle reposant nécessairement sur un fourgon prévu à cet effet. La figure 2 représente un châssis d'un élément de transport ferroviaire sur lequel deux triangles Talgo sont montés en opposition selon l'invention, par rapport à un troisième essieu fictif, le système disposant d'un dispositif d'équilibrage selon un premier mode de réalisation. La figure 3 représente un châssis d'un élément de transport ferroviaire sur lequel deux triangles Talgo sont montés en opposition selon l'invention, par rapport à un troisième essieu fictif, le système disposant d'un dispositif d'équilibrage selon un deuxième mode de réalisation. La figure 4 représente un perfectionnement du dispositif d'équilibrage selon la figure 2. La figure 5 représente un châssis selon la figure 3, aménagé afin de recevoir des moteurs de traction. Les figures 6 et 7 représentent respectivement la table de roulement d'une roue, selon l'art antérieur et selon une particularité de l'invention. Les figures 8 et 9 représentent respectivement une roue simple selon l'art antérieur et le remplacement de celle-ci par des roues jumelées, à titre de comparaison. Selon un premier exemple d'application de l'invention, le wagon 1 représenté à la figure 2 est composé d'un châssis 2 dont deux faux essieux extrêmes 3,4 sont reliés entre eux par deux triangles 5, 6 montés en opposition, reposant respectivement par leurs angles de base al, a2 sur chacune des roues 7, 8-9, 10 de chacun des deux essieux 3,4, alors que leurs angles respectifs au sommet a3 sont en coïncidence pour former une articulation A se trouvant à l'aplomb d'un centre fictif d'un troisième faux essieu médian il, rendant ainsi chaque wagon 1 indépendant du précédent. Toujours selon l'exemple représenté à la figure 2, la radialité du troisième faux essieu médian 11 est obtenu par un système mécanique de pantographe à quatre bras 12,13, 14, 15 ayant pour origine quatre points d'extrémités 12a, 13a, 14a, 15a fixés sur les côtés latéraux 5a, 5b-6a, 6b des triangles 5, 6 en opposition, leurs autres extrémités 12b, 13b, 14b, 15b étant reliées deux à deux de manière coulissante sur chacune des roues 16,17 du troisième essieu fictif médian 11. Selon un autre exemple de réalisation représenté sur la figure 3, la radialité du troisième faux essieu médian 11 est obtenu par un groupe de quatre amortisseurs 18,19, 20,21, ceuxci étant disposés quasi longitudinalement par paire 18, 19-20, 21 entre deux branches 5a, 6a-5b, 6b situées du même côté des deux triangles opposés 5, 6 et un point commun fixe 22,23 solidaire de l'axe des roues 16, 17 du troisième faux essieu médian 11. Toujours ce même exemple de réalisation de la figure 3, chaque paire d'amortisseurs 18, 19-20, 21 associés à l'une des roues 16,17 du troisième faux essieu 11 sont reliées entre elles par un circuit 24,25 de mise en communication de leur chambre de compression, de manière à assurer l'équilibre des efforts de part et d'autre dudit troisième faux essieu 11. Selon un perfectionnement de ce mode de réalisation qui vient d'être décrit, comme on peut le voir sur la figure 4, dans chaque ligne d'amortisseurs 18, 19-20, 21 constituée respectivement par deux amortisseurs mis en communication par les circuits 24,25, ceux-ci sont eux-mêmes mises en communication entre elles par le circuit 26. Qu'il s'agisse de l'exemple de réalisation de la figure 3 ou de l'exemple de réalisation de la figure 4, les amortisseurs 18,19 et 20,21 sont reliés entre eux deux à deux par les points communs fixes 22 et 23 comme précités. Chacun de ces amortisseurs 18,19 et 20,21 sont par ailleurs reliés également fixement par leurs extrémités libres respectivement 18a, 19a, 20a, 21a, aux branches 5a, 6a, 5b, 6b, des triangles 5 et 6. La mise en relation des fluides ainsi effectuée, des deux lignes d'amortisseurs permet d'obtenir une pression moyenne du fluide dépendant seulement des caractéristiques des amortisseurs et non du rayon des courbes des rails. On réalise ainsi un système non-holonome, ce qui est très favorable quant à la réduction des efforts latéraux en courbe. Sur les véhicules munis d'une source d'électricité, l'équilibrage des pressions pourra se faire par des pompes commandées par des capteurs de pression. En fait, la mise en communication de toutes les chambres de pression des quatre amortisseurs comme décrit ci-dessus, a pour objet d'égaliser les forces de pression exercées sur le faux médian 11 donc de rendre celles-ci indépendantes du rayon de courbure de la voie et réduire ainsi les efforts transversaux en courbe. Un tel montage non-holonome a pour conséquence positive que le wagon s'enroule sur la voie, les seuls efforts subsistants étant la force centrifuge. Selon une autre caractéristique de l'invention (figure 5), le châssis 27 de la machine de traction 28 comporte des moteurs de traction longitudinaux 29 dont la puissance est transmise par des différentiels 30 aux faux essieux 3,4, 11, lesdits moteurs 29 étant disposés à l'intérieur de chaque triangle 5A, 6A dit Talgo En fait, selon l'exemple de la figure 5, les triangles Talgo sont, pour faciliter le logement des moteurs 29, remplacés par des formes géométriques différentes telles que Y ou fourche à deux branches parallèles. Quoi qu'il en soit, la puissance des moteurs est transmise par les différentiels 30, aux essieux en cas d'emploi de bogies classiques ou aux faux essieux en cas de montage de bogies dérivés du système Talgo , raccourcis pour donner à ces bogies une longueur raisonnable et adaptée à l'installation du moteur. Ces bogies permettent le cas échéant, le montage du système Talgo de changement d'écartement. Il faudra alors manchonner les faux essieux de part et d'autre du différentiel pour en assurer la continuité. Selon une autre caractéristique de l'invention, les roues 7, 8-9, 10-16, 17 de chacun des essieux fictifs 3,4, 11 étant indépendantes les unes des autres, celles-ci reçoivent un dépôt 31 de particules dont les caractéristiques mécaniques sont telles à augmenter le coefficient d'adhérence des roues indépendantes tout en ayant une dureté égale ou supérieure de l'ordre de celle du métal de base pour éviter tout risque d'écaillage, ce dépôt 31 étant effectué en lieu et place de la couche écrouie 32 de leur table de roulement. Les figures 6 et 7 mettent bien en évidence la caractéristique précitée. La figure 6 montre précisément l'art antérieur où la table de roulement tout en demeurant dans la plage de dureté du métal de base constituant les roues ne présente aucun revêtement d'origine extérieure, alors que la figure 7 montre selon l'invention un dépôt à forte adhérence qui n'intéresse que la partie rectiligne de la table de roulement. Il pourra ainsi s'agir d'un dépôt d'un alliage contenant des particules constituées par des carbures, borures... conférant une certaine rugosité à la table de roulement, lequel dépôt est réalisé par soudage au fil ou par métallisation dont la dureté est égale ou légèrement supérieure de celle du métal de base de la roue, ceci pour éviter l'écaillage, comme précité. Ce traitement est plus particulièrement réservé, mais non exclusivement, aux machines de traction à forte adhérence, destinées plus particulièrement aux lignes de chemin de fer à forte pente permettant conséquemment d'augmenter la charge remorquée. Ceci améliore également les performances au freinage. Une telle application pourrait par exemple concerner un autorail pendulaire à écartement variable. Dans ce cas, une adhérence accrue des roues permet d'accroître les accélérations pendant les démarrages et de réduire les distances de freinage, l'idéal étant d'obtenir des résultats voisins de ceux des véhicules routiers (contact entre sol et pneumatique). Par ailleurs, la pendulation par inertie dans le système Talgo peut-être assistée, ce qui en augmente l'efficacité dans les courbes. Selon une autre caractéristique de l'invention (figure 9), les wagons ou la machine de traction comportent des roues jumelées 33,33A, ceci pour augmenter la charge admissible du véhicule ou pour permettre de loger un dispositif de changement d'écartement. En fait, la figure 8 représente l'art antérieur, de manière à pouvoir effectuer une comparaison avec la caractéristique inventive qui vient d'être citée. La particularité d'un wagon équipé de telles roues jumelées offre les avantages suivants : les roues jumelées permettent d'augmenter la charge admissible du wagon pour une même longueur de châssis, avec pour limite l'effet de poinçonnage sur la voie, les roues jumelées selon un écartement entre elles de 900 mm permettent également d'abaisser la hauteur du plancher du wagon d'une vingtaine de centimètres en cas d'emploi de roues de 750 mm de diamètre, par rapport à des roues de diamètre de 920 mm classiquement utilisées, le report sur le petit châssis de maintien des roues jumelées du dispositif Talgo de changement d'écartement devrait faciliter l'installation et par conséquent, étendre aux voies étroites le domaine d'application du système Talgo . Ces deux dernières considérations sont évidemment applicables aux autorails précités. L'abaissement du plancher autorise la superposition de conteneurs de hauteur non normalisée (par exemple pour l'emploi de conteneurs réfrigérés pour le transport d'agrumes des pays méditerranéens vers le Nord). Bien entendu, les roues jumelées pourront aussi être remplacées par un groupe de quatre roues. En cas de remplacement des roues jumelées par des groupes de quatre roues de 340 mm de diamètre, le plancher du wagon pourrait être abaissé à 400 mm. Les avantages de l'invention résident dans le fait que : chaque triangle reposant en trois points, il est isostatique les faux essieux sont pratiquement radiaux ; il en résulte que dans les courbes l'angle d'attaque du rail par les roues est nul, ce qui évidemment ménage les champignons des rails les essais en vitesse ont montré que ce triangle est stable largement au- dessus de 300 km. C'est ainsi que l'invention trouvera une application avantageuse, non seulement dans les autorails pendulaires comme déjà cités, mais également pour les machines de traction à grande adhérence pour les lignes à très fortes pentes, les wagons pour le transport de conteneurs, les wagons pour le transport des produits de grandes longueurs tels que rails, tubes etc.. REVENDICATIONS 1. Véhicule ferroviaire constitué d'au moins une machine de traction et d'une pluralité de wagons, destinés notamment au transport de marchandises, chacun desdits wagons ou machines de traction reposant sur un châssis monté sur deux ou trois essieux, ceux-ci étant reliés les aux autres par une succession de triangles du type Train, Articulé, Léger, Goicochea, y, Oriol dits Talgo caractérisé en ce que chacun desdits wagons ou machines de traction composant le véhicule ferroviaire repose sur un châssis (2) dont deux faux essieux extrêmes (3,4) sont reliés entre eux par deux triangles (5,6) montés en opposition, reposant respectivement par leurs angles de base (al, a2) sur chacune des roues (7, 8-9, 10) de chacun des deux essieux (3,4), alors que leurs angles respectifs au sommet (a3) sont en coïncidence pour former une articulation (A) se trouvant à l'aplomb d'un centre fictif d'un troisième faux essieu médian (11), rendant ainsi chaque wagon (1) indépendant du précédent. 2. Véhicule ferroviaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la radialité du troisième faux essieu médian (11) est obtenu par un système mécanique de pantographe à quatre bras (12,13, 14,15) ayant pour origine quatre points d'extrémités (12a, 13a, 14a, 15a) fixés sur les côtés latéraux (5a, 5b-6a, 6b) des triangles (5, 6) en opposition, leurs autres extrémités (12b, 13b, 14b, 15b) étant reliées deux à deux de manière coulissante sur chacune des roues (16,17) du troisième essieu fictif médian (11) 3. Véhicule ferroviaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la radialité du troisième faux essieu médian (11) est obtenu par un groupe de quatre amortisseurs (18,19, 20,21), ceux-ci étant disposés quasi longitudinalement par paire (18, 19-20, 21) entre deux branches (5a, 6a - 5b, 6b) situées du même côté des deux triangles opposés (5, 6) et un point commun fixe (22,23) solidaire de l'axe des roues (16,17) du troisième faux essieu médian (11) 4. Véhicule ferroviaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque paire d'amortisseurs (18, 19-20, 21) associés à l'une des roues (16,17) du troisième faux essieu (11) sont reliées entre elles par un circuit (24,25) de mise en communication de leur chambre de compression, de manière à assurer l'équilibre des efforts de part et d'autre dudit troisième faux essieu (11) 5. Véhicule ferroviaire selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que dans chaque ligne d'amortisseurs (18, 19-20, 21) constituée respectivement par deux amortisseurs mis en communication par les circuits (24,25), ceux-ci sont eux-mêmes mises en communication entre elles par le circuit (26). 6. Véhicule ferroviaire selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le châssis (27) de la machine de traction (28) comporte des moteurs de traction longitudinaux (29) dont la puissance est transmise par des différentiels (30) aux faux essieux (3,4, 11), lesdits moteurs (29) étant disposés à l'intérieur de chaque triangle (5A, 6A) dit Talgo 7. Véhicule ferroviaire selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les roues (7, 8-9, 10-16, 17) de chacun des essieux fictifs (3,4, 11) étant indépendantes les unes des autres, celles-ci reçoivent un dépôt (31) de particules dont les caractéristiques mécaniques sont telles qu'elles augmentent le coefficient d'adhérence des roues indépendantes tout en ayant une dureté égale ou supérieure de l'ordre de celle du métal de base pour éviter tout risque d'écaillage, ce dépôt (31) étant effectué en lieu et place de la couche écrouie (32) de leur table de roulement. 8. Véhicule ferroviaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les wagons ou la machine de traction comportent des roues jumelées (33,33A), ceci pour augmenter la charge admissible du véhicule ou pour permettre de loger un dispositif de changement d'écartement.