Brevet FR2836108A1 — publié le 20030822

La présente invention concerne un tampon absorbeur d'énergie pour véhicule ferroviaire. On sait que les tampons de ce type sont essentiellement constitués d'un premier élément tubulaire, ou boisseau, qui est solidaire de la structure du véhicule, sur lequel est monté à coulissement un second élément tubulaire, ou plongeur, entre lesquels sont disposés des moyens élastiques d'amortissement qui, suivant l'importance des contraintes à absorber, peuvent être constitués notamment par un ou plusieurs ressorts métalliques ou composites ou par un fluide sous pression. . De tels tampons sont habituellement utilisés pour assurer essentiellement deux fonctions, d'une part ils permettent d'amortir les chocs auxquels deux véhicules sont soumis, notamment lors des manoeuvres dites d'accostage au cours desquelles ils sont plus ou moins violemment appliqués l'un contre l'autre, et d'autre part ils participent à la liaison même d'un attelage constitué de véhicules adjacents, dans la mesure où leurs tampons respectifs sont maintenus appliqués l'un contre l'autre dans un état de compression par des moyens de liaison. Ainsi, cet état de compression des moyens élastiques de ces tampons, qui varie en fonction des aléas rencontrés en cours de parcours, tels que les montées ou les descentes, les accélérations et les décélérations, les courbes plus ou moins serrées etc..., assure une fonction de maintien des véhicules entre eux. Ces tampons peuvent bien entendu être amenés à jouer un rôle prépondérant dans le cas de chocs importants (collisions dites de type crash ) où ils doivent alors absorber une grande quantité d'énergie avant d'être soumis à destruction, et ceci afin de préserver au mieux les véhicules. Or les tampons de l'état antérieur de la technique présentent l'inconvénient, lorsque l'énergie qui leur est appliquée dépasse la capacité d'absorption de leurs moyens élastiques, d'avoir un comportement qui est non contrôlé, si bien qu'il n'est pas possible de prévoir les conséquences qui peuvent en résulter pour le véhicule qu'ils sont destinés à protéger. Dans la mesure où le tampon est plus résistant que le véhicule qu'il est destiné à protéger il peut même être un instrument de destruction de celui-ci. La présente invention a pour but de proposer un tampon absorbeur d'énergie du type précité dont la destruction est contrôlée et progressive, dans un intervalle d'énergie déterminé, une fois que les moyens élastiques d'absorption d'énergie sont saturés. La présente invention permet de plus de détecter tout début de destruction d'un tampon. La présente invention a ainsi pour objet un tampon absorbeur d'énergie pour véhicule ferroviaire du type comportant un boisseau tubulaire solidaire de la structure du véhicule, par rapport auquel est monté à coulissement un élément plongeur tubulaire pourvu à son extrémité libre d'un plateau de contact, entre lesquels sont disposés des moyens amortisseurs, caractérisé en ce qu'il comprend, entre le boisseau et le plongeur, deux ensembles d'absorption contrôlée d'énergie, à savoir des moyens d'absorption basse énergie, et des moyens d'absorption haute énergie qui sont activables à partir d'un seuil de déformation déterminé des moyens d'absorption basse énergie. Préférentiellement les moyens d'absorption basse énergie seront élastiques et/ou les moyens d'absorption haute énergie seront non élastiques. Habituellement les deux ensembles d'absorption contrôlée d'énergie seront disposés entre les fonds respectifs du boisseau et du plongeur. Dans un mode de mise en oeuvre intéressant de l'invention les moyens d'absorption basse et haute énergie seront respectivement constitués d'un élément élastique en appui sur le fond du boisseau et d'un élément non élastique en appui sur le fond du plongeur ou du boisseau. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention les moyens d'absorption basse énergie seront réalisés en deux éléments qui seront disposés de part et d'autre des moyens d'absorption haute énergie. Le tampon pourra comporter des seconds moyens d'absorption haute énergie qui seront constitués par une zone de moindre résistance du plongeur et/ou du boisseau. De façon intéressante le tampon pourra comporter sur sa partie externe, un élément témoin dont la forme sera altérée dès lors que les moyens d'absorption haute énergie auront fait l'objet d'une activation. Cet élément témoin pourra être constitué par l'extrémité libre de l'élément plongeur qui comportera à cet effet une zone de moindre résistance. Afin d'améliorer la vitesse de réaction du tampon à des chocs rapides, celui-ci pourra comporter au moins un élément déclencheur, qui sera constitué d'une butée de longueur déterminée qui définit l'écartement existant entre l'une des extrémités de l'absorbeur haute énergie avec une partie fixe du boisseau ou du plongeur, à partir duquel se produit l'activation de l'absorbeur haute énergie. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue en coupe longitudinale et diamétrale d'un tampon suivant l'état antérieur de la technique. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale et diamétrale d'un tampon suivant la présente invention. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale et diamétrale partielle d'une variante de mise en oeuvre du tampon représenté sur la figure 2. La figure 3a est une variante de mise en oeuvre du tampon représenté sur la figure 3. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale et diamétrale d'une variante de mise en oeuvre du tampon suivant l'invention, qui est représenté en position de repos. La figure 4a est une vue en coupe longitudinale et diamétrale du tampon représenté sur la figure 4 après activation des moyens d'absorption haute énergie. La figure 5 est une vue en coupe transversale des moyens d'absorption haute énergie mis en oeuvre dans le tampon représenté sur la figure 4 suivant l'invention. La figure 6 est une vue en coupe longitudinale et diamétrale partielle d'un tampon suivant l'invention équipé de moyens de détection de l'activation des moyens d'absorption haute énergie. La figure 7 est une vue en coupe longitudinale et diamétrale partielle d'une variante de mise en oeuvre d'un fusible de détection d'activation des moyens d'absorption haute énergie. La figure 8 est une vue en coupe longitudinale et diamétrale d'un exemple de réalisation d'un moyen d'absorption haute énergie. Le tampon absorbeur d'énergie pour véhicule ferroviaire suivant l'état antérieur de la technique qui est représenté sur la figure 1 est essentiellement constitué d'un boisseau 1 formé d'un élément tubulaire la pourvu d'une embase 1b 1 qui est fixé par cette dernière sur la structure 2 du véhicule et sur lequel est monté à coulissement un second élément tubulaire, ou plongeur 3. Le plongeur 3 se termine à sa partie libre externe par un plateau 5 qui est relié à l'élément tubulaire 3a par des nervures transversales 7. Le maintien longitudinal et la liaison en rotation du boisseau 1 et du plongeur 3 sont assurés par une clavette 9 qui prend place dans deux orifices diamétralement opposés du plongeur 3 et qui traverse le corps du boisseau 1 dans deux lumières longitudinales 10 de celui-ci. La cavité interne du boisseau 1 reçoit une cartouche élastique 12 qui est respectivement en appui par ses deux extrémités d'une part sur le fond du boisseau 1 et d'autre part sur un siège rigide 14 en contact avec le fond du plongeur 3. La cartouche élastique 12 est telle, qu'en position de repos du tampon elle est soumise à une légère précompression. Dans ces conditions, tout effort appliqué dans le sens de la flèche F sur le plateau 5 a pour effet de déplacer le plongeur 3, à l'encontre de la force de rappel exercée par la cartouche élastique 12, permettant au tampon d'absorber ainsi une certaine quantité d'énergie dépendant de la raideur de la cartouche et du déplacement du plongeur 3. Lorsque l'énergie appliquée au plateau 5 dépasse l'énergie d'absorption maximale de la cartouche élastique 12, ce qui se produit lors d'un choc violent, le comportement du tampon dépend alors des résistances mécaniques de ses divers constituants et (s'il est très résistant) il peut alors retransmettre au véhicule la quasitotalité de cette énergie excédentaire. Un inconvénient d'un tel dispositif est que, si cette énergie excédentaire dépasse la résistance des éléments du véhicule sur lequel le tampon est disposé, il y aura alors un effet destructif de celui-ci. On a représenté sur la figure 2 un premier mode de mise en oeuvre d'un tampon absorbeur d'énergie suivant l'invention. Ce tampon est identique dans sa structure générale au tampon de l'état antérieur de la technique représenté sur la figure 1, à la différence que le siège rigide 14 est remplacé par un élément absorbeur d'énergie 15. Cet élément, dans une forme de mise en oeuvre de l'invention, est constitué de deux plateaux transversaux circulaires dont l'un, le plateau 15a, est en appui contre le fond de la cavité interne du plongeur 3, et l'autre, le plateau 15b, est logé à l'intérieur du corps du boisseau 1 et est en appui contre la cartouche élastique 12. Les deux plateaux 15a et 15b sont réunis par un tube longitudinal 15c dont la résistance à la compression est fixée à une valeur prédéterminée R, d'une part, par son diamètre et l'épaisseur de ses parois et d'autre part par des lumières 15d qui permettent d'ajuster cette valeur. Lorsque l'on exerce sur le plateau 5 une force de direction F, l'énergie communiquée au tampon est absorbée dans un premier temps par la cartouche élastique 12 au cours de sa déformation. Elle joue un rôle de délencheur en retransmettant alors à l'élément absorbeur d'énergie 15 la totalité de l'énergie qu'elle reçoit. Lorsque cette énergie atteint sa limite de résistance à la compression, l'élément absorbeur 15 va commencer à se déformer et, ce faisant, va absorber une quantité d'énergie. C'est cette énergie qui est absorbée par le tampon, et n'est pas communiquée au véhicule. La présente invention est particulièrement intéressante en ce que, après un choc important, il suffira de démonter le tampon pour accéder à l'élément absorbeur d'énergie 15 et procéder au remplacement de celui-ci. Dans certaines configurations de chocs appliqués au tampon il est intéressant de déterminer de façon précise et rigoureuse l'instant du"déclenchement"de l'élément absorbeur d'énergie 15, c'est-à-dire le moment où celui-ci va commencer à se déformer. On fait appel pour ce faire, ainsi que représenté sur la figure 3, à un élément déclencheur 16 qui est constitué d'une butée cylindrique axiale qui est solidaire de l'embase 1b et qui s'étend longitudinalement et axialement vers le fond du plongeur 3 sur une longueur telle que son extrémité soit à une distance a2 du plateau 15b. On comprend dans ces conditions, qu'au cours du déplacement du plongeur 3, dès que la face antérieure du plateau 15b viendra en contact avec le déclencheur 16, le processus de déformation de l'élément absorbeur 15 sera enclenché ainsi que l'absorption d'énergie qui lui est associée. Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention représentée, sur la figure 3a, on fait appel à un second élément absorbeur d'énergie. Cet élément est constitué par la partie antérieure de l'élément plongeur 3. A cet effet on a créé une zone de moindre résistance dans celui-ci en réalisant un alésage 17 sur sa face interne sur une longueur e. Lorsque sous l'effet d'un choc important l'extrémité du plongeur 3 entre en contact avec l'embase 1b du boisseau 1, la zone de moindre résistance se déforme en se pliant, et, ce faisant, il y a absorption d'énergie. Bien entendu, de façon symétrique, la zone de moindre résistance pourrait également être créée dans le boisseau 1, ou même dans le plongeur et dans le boisseau. Les absorptions d'énergies respectives dues aux déformations des deux éléments absorbeurs d'énergie peuvent être simultanées ou successives. Si on souhaite qu'elles soient simultanées on fera en sorte, ainsi que représenté sur la figure 3a, que la distance a2 qui sépare l'extrémité du déclencheur 16 du plateau antérieur 15b soit égale à la distance a3 séparant l'extrémité libre du plongeur 3 de l'embase 1b. Dans ce cas la déformation du second élément absorbeur d'énergie permettra de détecter la déformation du premier. Dans une variante de l'invention le second élément absorbeur aura une épaisseur de paroi telle que l'énergie qu'il sera en mesure d'absorber sera négligeable en comparaison de celle absorbée par le premier élément absorbeur 15. Il se comportera donc comme un simple "fusible"signalant que le premier élément absorbeur 15 a subi une déformation irréversible et qu'il convient donc de le changer. Dans un autre mode de mise en oeuvre de la présente invention représenté sur la figure 4, la cartouche élastique est séparée en deux éléments 12a et 12b entre lesquels l'élément absorbeur 15 est disposé. Ce dernier est constitué de deux plateaux transversaux 15a et 15b entre lesquels sont disposées deux coquilles semi-cylindriques 15e ce qui permet de laisser le passage à une clavette diamétrale 9 qui, ainsi que connu de l'état antérieur de la technique, assure la liaison du plongeur 3 et du boisseau 1. On fait appel à deux éléments déclencheurs 16a et 16b qui, au cours du déplacement du plongeur 3 viendront respectivement en contact avec les plateaux 15a et 15b. Dans ce mode de mise en oeuvre de l'invention le tampon comportera un fusible dont la déformation va commencer dès que commence la déformation de l'élément absorbeur 15. Pour ce faire, ainsi que représenté sur la figure 4, la distance d séparant l'extrémité du plongeur 3 de l'embase lb, sera égale à la somme des distances Cl et C2 séparant chacun des déclencheurs 16a et 16b des plateaux respectifs 15a et 15b de l'élément absorbeur 15. On a représenté sur la figure 4a le tampon après le déclenchement de l'élément absorbeur d'énergie 15. Le fusible pourra bien entendu être constitué par tout élément susceptible de subir une déformation à l'instant où commence la déformation de l'élément absorbeur d'énergie. Ainsi, sur la figure 6, le fusible est constitué d'une rondelle circulaire 20 en matériau facilement déformable, tel que par exemple du plomb, qui sera déformé par l'extrémité du plongeur 3 lorsque celui-ci viendra en contact avec l'embase lb. Il conviendra bien entendu, comme précisé précédemment, que le délenchement de l'élément absorbeur d'énergie se fasse à l'instant où l'extrémité du plongeur 3 vient en contact avec le fusible 20. Ainsi que représenté sur la figure 7, le fusible, ou détecteur d'activation des moyens d'absorption haute énergie, peut être également constitué d'un manchon métallique 30 qui est fixé au moyen d'un collier de serrage 32 en extrémité du plongeur 3, et dont l'extrémité antérieure est appliquée contre le boisseau 1. On comprend dans ces conditions, que lorsque sous l'effet d'un choc l'extrémité du manchon vient buter contre l'embase b, elle se déforme et signale ainsi à l'utilisateur l'activation des moyens d'absorption haute énergie. L'élément absorbeur peut être constitué, en deux parties ainsi que représenté sur la figure 8, et ainsi être formé de deux plateaux transversaux 15a et 15b entre lesquels sont disposés deux éléments tubulaires 33, 34 aptes à coulisser l'un dans l'autre, l'une des extrémités de l'un de ces éléments tubulaires étant en contact avec un élément sécable 31, tel que par exemple un téton ou une goupille, solidaire de l'autre élément. Dans un tel mode de mise en oeuvre, l'énergie absorbée correspond à celle nécessaire au cisaillement de l'élément sécable, et cette énergie est absorbée pendant un temps très bref, ce qui est intéressant dans certaines configurations de tampon absorbeurs. Un tel élément absorbeur d'énergie est intéressant, dans certaines configurations du tampon où l'on souhaite être en mesure d'absorber une quantité donnée d'énergie en un temps particulièrement court. Bien entendu, suivant l'invention, cet élément absorber d'énergie sera en mesure de se combiner avec d'autres éléments du même type ou de type différent. REVENDICATIONS 1.-Tampon absorbeur d'énergie pour véhicule ferroviaire du type comportant un boisseau tubulaire (1) solidaire de la structure (2) du véhicule, par rapport auquel est monté à coulissement un élément plongeur tubulaire (3) pourvu à son extrémité libre d'un plateau de contact (5), entre lesquels sont disposés des moyens amortisseurs, caractérisé en ce qu'il comprend, entre le boisseau (1) et le plongeur (3), deux ensembles d'absorption contrôlée d'énergie à savoir des moyens d'absorption basse énergie (12) et des moyens d'absorption haute énergie (15, 15') qui sont activables à partir d'un seuil de déformation déterminé des moyens d'absorption basse énergie (12). 2.-Tampon suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'absorption basse énergie sont constitués d'au moins un élément élastique (12, 12a, 12b). 3.-Tampon suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'absorption haute énergie (15) sont non élastiques. 4.-Tampon suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux ensembles d'absorbtion d'énergie (12, 15) sont disposés entre les fonds respectifs du boisseau (1) et du plongeur (3). 5.-Tampon suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'absorption basse et haute d'énergie (12,15) sont respectivement constitués d'un élément élastique (12) en appui sur le fond du boisseau (1) et d'un élément non élastique (15) en appui sur le fond du plongeur (3). 6.-Tampon suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'absorption basse énergie (12) sont réalisés en-deux éléments (12a, 12b) qui sont disposés de part et d'autre des moyens d'absorption haute énergie (15). 7.-Tampon suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des seconds moyens d'absorption haute énergie constitués par une zone de moindre résistance (17) du plongeur (3) et/ou du boisseau (1). 8.-Tampon suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte sur sa partie externe un élément témoin (3,20, 30) dont la forme est altérée dès lors que les moyens d'absorption haute énergie (15, 15') ont fait l'objet d'une activation. 9.-Tampon suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément témoin est constitué par l'extrémité libre de l'élément plongeur (3) qui comporte à cet effet une zone de moindre résistance (17). 10.-Tampon suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément déclencheur (16, 16a, 16b), qui est constitué d'une butée de longueur déterminée et qui définit l'écartement existant entre l'une des extrémités de l'absorbeur haute énergie avec une partie fixe du boisseau ou du plongeur, à partir duquel se produit l'activation de l'absorbeur haute énergie. 11.-Tampon suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'absorption haute énergie (15) sont constitués de deux plateaux transversaux entre lesquels sont disposées deux coquilles semi-cylindriques (15e). 12.-Tampon suivant l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que les moyens d'absorption haute énergie (15') sont constituées de deux plateaux transversaux entre lesquels sont disposés deux éléments tubulaires (32,33) aptes à coulisser l'un dans l'autre, l'une des extrémités de l'un de ces éléments tubulaires étant en contact avec un élément sécable (31) solidaire de l'autre.