Brevet FR2914262A1 — publié le 20081003

L'invention est relative à un équipement de roulement pour véhicule monorail en porte à faux. Un tel véhicule est destiné aux transports urbains de passagers, dans le cadre de réseaux pour villes de petite ou moyenne importance dits en marguerite. Ce type de réseau comprend des lignes courtes, s'étendant sur quelques kilimètres, et dont les lignes en sens unique forment des boucles se tangeantant les unes aux autres et comportant dans ces zones de tangence des stations de raccordement permettant un transfert quai à quai des usagers. Il peut aussi être utilisé en rabattage sur des réseaux de transport urbains plus lourds, tels que métro, tramway ou bus circulant en site réservé ou en site intégré. Un tel réseau est destiné : - soit à des petites et moyennes agglomérations ; - soit pour rabattre les usagers sur des moyens de transport lourds, de type 15 métro, V.A.L , Traintram ; en remplacement de véhicules tels que bus ou, éventuelement, Tramway, plus couteux en énérgie, plus encombrants ou plus pollants. Un véhicule pour réseau en marguerite est décrit dans la demande internationale WO97/27095 au nom de l'inventeur. 20 est contituée par une pluralité de boucles qui, à sens unique de circulation des cabines, présentent entre elles au moins un point de tangence permettant de constituer une station de correspondance rapide de type quai à quai . Sur chaque boucle circulent avec une fréquence élevée des véhicules motorisés ayant une capacité de l'ordre de 10 à 20 personnes. Ce réseau ne 25 nécessite qu'une infrastructure légère en site propre, par exemple composée de poteaux portant un rail continu sur lequel circulent, en surélévation du sol, des cabines motorisées. L'invention concerne les réseaux dont les véhicules sont en porte à faux d'un coté du rail et comprenant, comme décrit dans les documents 30 WO97/27 095 et US 4 690 064, deux chariots porteurs espacés longitudinalement et coopérant avec un rail profilé. Elle concerne plus particulièrement une cabine dans laquelle, comme dans le document US 4 690 064, chaque chariot comprend : - des moyens de roulement supérieurs, formé par un train de roues libres en rotation autour d'un axe horizontal, roulant sur le plan supérieur horizontal du rail et reprenant la composante verticale des forces, des moyens de roulement intermédiaires, avec des roues motrices, disposées latéralement au rail contre lequel elles s'appuient en reprenant une partie de la composante transversale des forces tendant à faire basculer la cabine en porte à faux, et des moyens de roulement inférieurs formés par des roues libres en rotation et également disposées latéralement au rail contre lequel elles roulent en reprenant la composante transversale de réaction aux forces de basculement. Dans chaque chariot, les différentes roues de chaque moyens de roulement sont espacées longitudinalement et sont disposées de part et d'autre du plan médian transversal du chariot, c'est-à-dire sont réparties en avant et en arrière de ce plan transversal. En raison de cette disposition linéaire des roues, bien visible à la figure 2 du document US 4 690 064, quand la cabine circule sur une courbe du rail, que celle ci soit convexe ou concave, certaines de ses roues contribuant à l'équilibrage de la cabine sont plaquées latéralement contre le rail avec un effort plus grand, alors que d'autres roues sont soumises à un effort moindre et voir nul. Il en résulte que, malgré la présence éventuelle de moyens compensateurs amortissants les variations de pression d'application, les frottements roue/rail sont accrus, génèrent des bruits et des usures des roues et du rail et consoment inutilement de l'énergie. En outre, la variation des contacts des roues avec le rail, engendre des secousses qui sont sources d'inconfort pour les passagers. Le présente invention à pour objet de remédier à ces inconvénients en fournissant un équipement de roulement procurant un équilibre stable de la cabine, même en courbe, et une adhérence régulière des roues avec le rail, tout en réduisant les glissements générateurs de bruits et d'usure des roues et du rail. A cet effet, dans l'équipement selon l'invention, le rail présente en section transversale la forme générale d'un Z, dont la partie supérieure et l'embase sont horizontales et sont reliées par une âme inclinée avec lesquelles elles forment, du coté opposé à la cabine, une cavité supérieure et, du coté de la cabine, une cavité inférieure, tandis que dans chaque chariot : les moyens de roulement supérieurs comprennent une seule roue porteuse, les moyens intermédiaires comprennent une seule roue motrice et de maintien, roulant dans le fond de la cavité supérieure du rail en Z, la dite roue étant portée par un arbre dont l'axe vertical est incliné vers le bas par rappor tà l'horizontale, - et les moyens inférieurs de roulement comprennent une seule roue inférieure roulant dans la cavité inférieure du rail en Z, la dite roue étant libre en rotation et montée sur un arbre incliné vers la haut par rapport à l'horizontale, ces roues étant disposées de façon que leurs axes de rotation soient dans le même plan vertical P1, transversal au rail, et que leurs points médians de tangence A, B,et C avec les faces de roulement du rail soient disposés dans le plan vertical médian longitudinal P2 du rail, plan contenant la roulante du chariot. Grâce à cet aménagement, les divers points de contact de chaque chariot avec le rail sont répartis sur un même axe vertical, de sorte que toute modification de l'angulation de la cabine par rapport à chacun de ces chariots, de même que toute inscription de la cabine dans une courbe du rail, sont sans aucune conséquence sur l'effort de plaquage des roues sur le rail, qui est ainsi pincé entre les roues. II en résulte que sont constantes la qualité de l'adhérence des roues avec le rail, le frottement et les bruits qui en résultent. Une telle cabine est ainsi plus stable, plus confortable tout en consommant moins d'énergie pour son déplacement. La constance de la pression des roues sur le rail améliore considérablement le confort des passagers en supprimant tous les chocs et mouvements de la cabine consécutifs aux variations de trajectoire de la cabine. Dans une forme d'exécution, chacune des roues, respectivement intermédiaire et inférieure, prend appui sur une face de roulement ménagée dans le fond de la cavité correspondante du rail et cette face forme, par rapport au plan médian vertical et longitudinal P2 du rail, un angle b de valeur égale à celle de l'angle a d'inclinaison des arbres de ces roues par rapport au même plan médian P2. Les chemins de roulement sont ainsi parfaitement définis et plans, ce qui garantit l'alignement vertical des points de tangence A, B et C des roues avec le rail et réduit les glissements en courbe aux parties cle chaque roue disposées de part et d'autre de ces points de tangence. Avantageusement, chacune des faces de roulement pour les roues, respectivement, intermédiaire et inférieure, est bordée par des faces de dégagement allant en s'écartant et améliorant le positionnement des roues contre le rail. Dans une forme d'exécution préférée, chacun des arbres portant, respectivement, soit la roue intermédiaire, soit la roue inférieure, est lié au châssis du chariot avec interposition de moyens de réglage de sa position transversale par rapport au châssis, pour adapter aux besoins de l'adhérence la pression d'application de la roue sur le rail. II est ainsi possible, de régler la pression d'application de chacune de ces roues sur le rail, soit pour l'adapter à une modification de la forme de la boucle de son réseau, soit pour compenser les usures des roues et les déréglages des moyens de placage. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annéxé montrant une forme d'exécution de cet équipement. Figure 1 est une vue en plan par-dessus et en coupe suivant 1-1 de figure 2 d'une forme d'exécution de la cabine du véhicule ; Figure 2 est une vue en coupe partielle suivant II-II de figure 1 ; Figure 3 est une vue de coté en coupe partielle suivant II-II de figure 1, montrant, à échelle agrandie, une forme d'exécution du chariot ; Figure 4 est une vue de coté en coupe transversale montrant, à échelle agrandie, le rail seul. Figure 5 est une vue de coté en coupe transversale montrant, à échelle agrandie, l'équipement de roulement quand il est en place sur le rail. Comme indiqué dans le préambule, la véhicule motorisé pour réseau léger optimisé comprend une cabine, désignée de façon générale par la référence numérique 2, destinée à circuler sur un rail unique 3, cette circulation étant prévue dans un seul sens, mais pouvant être effectuée dans les deux. Le rail 3 est porté en surélévation du sol par des poteaux 1. Comme dans la demande internationale W097/27 095 au non de l'inventeur, et comme montré figures 1 et 2, la cabine 2 est montée en porte à faux sur le rail 3 par l'intermédiare de deux chariots identiques 4. Ceux-ci sont disposés latéralement d'un coté de la cabine, dans des caissons 5, et sont espacés longitudinalement. Chacun des caissons 5 est partiellement en saillie dans l'habitacle 6 de la cabine 2 qui comprend des sièges 7, des zones 8 de stationnement 10 debout et au moins une porte coulissante 9. Selon l'invention et comme montré plus en détail à la figure 3, les moyens de roulement équipant chaque chariot comprennent trois roues, respectivement, supérieure 10, intermédiaire 11 et inférieure 12. De type à bandage plein ou à pneumatique, ces roues ont le même diamètre et sont 15 disposées de manière que leurs points médians A, B et C de tangence avec les faces du rail sur lesquelles elles sont destinées à rouler, soient dans le plan vertical transversal et médian P1 du chariot, correspondant au plan de coupe II-Il de la figure 1, et dans le plan vertical médian et longitudinal P2 du rail, matérialisé par un trait mixte aux figures. Il est précisé que le plan P2 contient la 20 roulante du chariot et de la cabine. La roue supérieure 10 est montée libre en rotation et est portée par un arbre tranversal et horizontal 13 qui est lui même supporté par un élément 14 du chassis 15 du chariot. La roue intermédiaire 11 est motrice et est calée sur un arbre 16 qui 25 est reliée par une transmission de mouvement, non représentée, à un moteur électrique 17 débordant latéralement et/ou longitudinalement du caisson 5. L'arbre 16 est incliné par rapport au plan P2, vers le bas et à l'opposé de la cabine, suivant un angle a dont la valeur est comprise entre 30 et 60 degrés, et qui par exemple est de 45 degrés. 30 La roue inférieure 12 est libre en rotation et est portée par un arbre 18 qui, comme celui 16, est incliné d'un angle a par rapport au 1plan vertical P2. L'arbre 18 est porté par un jambage 19 du châssis 5. II est précisé que l'arbre 16 va du châssis vers le bas alors que l'arbre 18 va du châssis vers le haut. Chacun des arbres 16 et 18 et monté de manière coulissante sur l'élément du châssis qui le porte et avec interposition de moyens 20 qui, représentés schématiquement avec l'arbrel 8 à la figure 3, permettent de régler l'effort avec lequel la roue 12 est plaquée sur le rail 3. Comme montré à la figure 4, le rail 3 présente en section transversale la forme générale de la lettre Z, c'est-à-dire est composé d'une paroi horizontale supérieure 22, d'une embase inférieure horizontale 23 et d'une âme inclinée 24 les reliant. L'angle aigu formé entre la paroi supérieure 22 et l'âme 24 délimite une cavité supérieure 25, tandis que celui formé entre cette âme 24 et l'embase 23 délimite une cavité inférieure 26, disposée de l'autre coté de l'âme. Le fond de chacune de ces cavités est constitué par une face plane de roulement, respectivement 27 et 28, qui, par rapport au plan médian longitudinal P2, est inclinée d'un angle b dont la valeur angulaire est égale à celle de l'angle a d'inclinaison des arbres 16 et 18. Les faces de roulement 27 et 28 sont bordées par des faces latérales 29 allant en s'évasant depuis le fond et dégageant l'accés aux faces de roulement. La cavité inférieure 26 qui peut retenir les eaux des intempéries communique avec l'extérieur par des canaux de vidange 30. Dans la forme d'exécution représentée, l'embase 23 du rail se prolonge en 23a, en avant du pied de l'âme 24, pour augmenter la surface d'appui du rail sur le sommet du poteau 1, mais la section en Z peut prendre toute autre configuration. De façon connue, le rail 3 porte aussi les moyens d'alimentation électrique des moteurs 17 des véhicules du réseau. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 4 et 5, ces moyens sont constitués par au moins une barre 32 en matériau conducteur de l'électricité qui est disposée dans la paroi supérieure 22 du rail et dont la face inférieure, non isolée, esi: en saillie de la face inférieure de la dite paroi, pour pouvoir coopérer avec des frotteurs 33 portés par au moins l'un des châssis équipant un véhicule. Si le réseau est télécommandé depuis un poste de commande fixe, commun à tous les véhicules, la liaison entre le poste et chaque véhicule peut auusi être assurée par d'autres conducteurs électriques disposés, comme celui 32, sous la paroi 22 et coopérant avec des frotteurs ou autres moyens de captage de signaux portés par chaque véhicule. Enfin, la liaison entre la cabine 2 et et les chariots 4 est assurée avec interposition de moyens de suspension 34 et 35 à faible débattement. Quand le véhicule est positionné sur le rail 3, comme montré à la figure 5, dans chaque chariot 4, la roue 10 repose sur la face supérieure horizontale 21 du rail 3 en reprenant l'essentiel de la charge du véhicule, tandis que la roue motrice 11 prend appui contre la face de roulement 27 de la cavité supériere 25 et que la roue 12 prend appui contre la face de roulement 28 de la cavité inférieure 26, disposée de l'autre coté de l'âme 24. Ces deux dernières roues reportent sur le rail les composantes transversales des forces tendant à faire basculer la cabine 2 du coté du dos du profil en Z et, grâce à leurs moyens 20 de réglage de l'effort d'application contre le rail, sont en contact permanent avec celui-ci. Il en résulte que leurs bandes de roulement ont une adhérence régulière avec les faces 27 et 28 contre lesquelles elles roulent sans glissement et que les pertes d'énergie sont réduites. Quand le véhicule est en courbe, et grâce aux faits que chacun des moyens de roulement, supérieurs, intermédiaires et inférieurs, ne comporte qu'une roue et que toutes les roues sont disposées de manière que leurs points médians A, B et C de tangence avec les faces de roulement du rail soient alignés verticalement sur la roulante du chariot, les roues restent en contact avec le rail et ne subissent aucune perte d'adhérence et aucun glissement, quelle que soit la vitesse de déplacement du véhicule. Ce contact permanent des moyens de roulement avec le rail et le serrage de l'âme 24 du rail par les roues 11 et 12, supprime les chocs et vibrations, améliore considérablement le confort des passagers et rend la cabine insensible aux effets de vents latéraux forts. Ces avantages sont d'autant plus importants que la longueur L de la cabine est faible, et par exemple comprise entre 4 à 8 mètres, et que chacun des chariots 4 est disposé à une distance D de l'extrémité de Ila cabine qui lui est la plus proche, distance ayant une valeur égale à 25% de L. Il apparaît donc que l'équipement selon l'invention permet d'utiliser dans des réseaux de transports légers des véhicules de type assis sur le rail , sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à des systèmes délicats et onéreux de maintien en position verticale du véhicule sur le rail, en particulier dans les courbes, et sans utiliser, comme dans les véhicules suspendus, des infrastructures importantes et onéreuses. Par sécurité, chacun des moteurs électriques 17 entraînant l'une des deux roues motrices intermédiaires 11 d'une même cabine 2 est un moteur frein dont la commande d'alimentation est distincte de celle concernant l'autre moteur, mais est sous le contrôle d'une unité commune. Ainsi en cas de panne d'un moteur, l'autre moteur peut assurer le retour du véhicule. Enfin, la forme particulière en Z du rail, permet d'assurer aisément son nettoyage, avec un véhicule spécifique, même en période fonctionnement du réseau. Par ailleurs, le positionnement de la roue motrice 11 dans la cavité supérieure 25 la mieux protégée du rail, garantit l'adhérence et l'absence de glissement du couple moteur, quelles que soient les intempéries. REVENDICATIONS 1.) Equipement de roulement pour véhicule monorail en porte à faux comportant deux chariots (4) espacés longitudinalement et comportant chacun : - des moyens supérieurs de roulement, libres en rotation autour d'un axe horizontal et roulant sur le plan supérieur horizontal (21) du rail (3), - des moyens intermédiaires de roulement et d'entraînement, disposés latéralement au rail (3) contre lequel ils s'appuient, en reprenant une partie de la composante transversale des forces tendant à faire basculer la cabine (2) en porte à faux, et des moyens inférieurs de roulement, libres en rotation, disposées latéralement au rail (3) contre lequel ils roulent en reprenant la composante transversale de réaction aux forces de basculement, caractérisé en ce que le rail (3) présente en section transversale la forme générale d'un Z, dont la partie supérieure (22) et l'embase (23) sont horizontales et sont reliées par une âme inclinée (24) avec lesquelles elles forment, respectivement, du coté opposé à la cabine (2), une cavité supérieure (25) et, du coté de la cabine, une cavité inférieure (26), tandis que dans chaque chariot (4) : les moyens de roulement supérieurs comprennent une seule roue porteuse (10), les moyens intermédiaires comprennent une seule roue (11) motrice et de maintien, roulant dans le fond de la cavité supérieure (25) du rail en Z, la dite roue étant portée par un arbre (16) dont l'axe est incliné vers le bas par rapport à l'horizontale, et les moyens inférieurs de roulement comprennent une seule roue (12), inférieure et roulant librement dans la cavité inférieure (26) du rail en Z, la dite roue étant portée par un arbre (18) incliné vers le haut par rapport à l'horizontale, ces roues (10, 11 et 12) étant disposées de façon que leurs axes de rotation soient dans le même plan vertical P1, transversal au rail, et que leurs points médians A, B et C de tangence avec les faces de roulement (2:1, 27 et 28) du rail (3) soient disposés dans le plan vertical médian longitudinal P2 du rail (3), plan contenant la roulante du chariot. 2.) Equipement de roulement pour véhicule monorail selon la revendication 1 caractérisé en ce que les roues (10, 11 et 12) à bandage plein ou à pneumatique ont les mêmes diamètres extérieurs. 3.) Equipement de roulement pour véhicule monorail selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacune des roues intermédiaire (11) et inférieure (12) prend appui sur une face de roulement (27, 28) rnénagée dans le fond de la cavité correspondante (27, 28) du rail (3) et cette face forme, par rapport au plan médian vertical et longitudinal P2 du rail, un angle b de valeur égale à celle de l'angle a d'inclinaison des arbres de ces roues par rapport au même plan P2. 4.) Equipement de roulement pour véhicule monorail selon l'ensemble des revendications 1 et 3 caractérisé en ce que la valeur des angles a d'inclinaison des arbres des roues (11 et 12) est comprise entre 30 et 60 degrés. 5.) Equipement de roulement pour véhicule monorail selon l'ensemble des revendications 1 et 3 caractérisé en ce que chacune des faces de roulement pour les roues, respectivement, intermédiaire (11) et inférieure (12), est bordée par des faces de dégagement (29) allant en s'écartant. 6.) Equipement de roulement pour véhicule monorail selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacun des arbres portant la roue intermédiaire ou la roue inférieure est lié à un châssis porteur avec interposition de moyens de réglage de sa position transversale par rapport au châssis, pour adapter aux besoins d'adhérence la pression d'application de la roue sur le rail. 7.) Equipement de roulement pour véhicule monorail selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacun des moteurs électriques (17) entraînant l'une des deux roues motrices intermédiaires (111) d'une même cabine (2) est un moteur frein dont la commande d'alimentation est distincte de celle concernant l'autre moteur, mais est sous le contrôle d'une unité commune. 8.) Equipement de roulement pour véhicule monorail selon la revendication 1 caractérisé en ce que le chassis (5) de chacun des chariots (4) est relié à la structure du caisson correspondant (6) de la cabine (2) avec interposition de moyens (34, 35) de suspension à faible débattement. 9.) Equipement de roulement pour véhicule monorail selon la revendication 1 caractérisé en ce que, dans chaque cabine (2), le plantransversal P2 contenant les axes des différentes roues (10, 11 et 12) d'un même ensemble de roulement est disposé à une distance D cle l'extrémité la plus proche de la cabine qui est de l'ordre de 25 % de la longueur L de cette cabine. 10.) Equipement de roulement pour véhicule monorail selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens assurant l'alimentation électrique des moteurs comprennent au moins une barre conductrice (32) disposée longitudinalement sous la paroi supérieure (22) du rail (3) en Z, et au moins un frotteur (33) qui, porté par l'un des deux châssis (5) portant un ensemble de roulement, est apte à venir en appui élastique contre la barre conductrice (32).