Brevet FR2934224A1 — publié le 20100129

Etat de l'art : L'embarquement d'une remorque routière seul sur un wagon ferroviaire est un problème récent, il demande l'invention et la mise en oeuvre de techniques nouvelles. Cette évolution du transport de la route vers le rail est surtout liée aux contraintes environnementales et à la saturation prévisible des grands axes routiers et auto routiers. Les solutions appliquées dans les expériences en cours sont très onéreuses et ne permettent pas d'envisager une automatisation complète de la procédure de reprise et d'immobilisation de cette remorque routière sur le wagon. L'automatisation de cette action va s'avérer essentielle pour garantir au ferroviaire une rentabilité financière. L'acceptation par la logistique et par les transporteurs d'un transfert d'activité du mode routier au mode ferroviaire ne le fera qu'à la condition expresse d'une non-évolution des prix. Le marché du transport est très fortement contraint par la concurrence à bas prix venant de l'Est. La présente invention tend à intégrer l'ensemble de ces contraintes et à y répondre. Présentation des fonctionnalités du dispositif objet de l'invention. L'objet de l'invention est d'immobiliser une remorque routière sur un wagon puis de reprendre les efforts qui reposent sur ces béquilles pour les transférer sur bogie. Nous savons que toutes les remorques disposent d'un axe de liaison qui lui permet de se lier à son tracteur, cet axe est appelé dans le jargon professionnel la � cheville ouvrière �. Nous savons également que cet axe est capable d'encaisser l'ensemble des contraintes dynamique que subit l'attelage dans ces déplacements. Enfin nous savons que les béquilles de la remorque ne peuvent pas remplir ce rôle. Nous considérons donc : • Que le seul point d'attache susceptible de répondre au problème posé est la � cheville ouvrière � de la remorque ! • Que les efforts résultants du déplacement du wagon même à grande 30 vitesse ne seront pas du même ordre que sur la route ! • Que la valeur des contraintes à prendre en compte sera la charge reportée sur la cheville ouvrière ! • Que l'ensemble de reprise devra être suffisamment rigide pour garantir la stabilité du système dans les courbes prise à grande vitesse et apte à immobiliser de la charge sur un arrêt brutal ? Cependant la construction des remorques n'obéit à aucune réglementation 5 pour de ce qui est de la position de la cheville ouvrière comme de la hauteur du plateau sous laquelle elle est fixée. Cela implique : • Une variabilité de sa position dans le sens de la longueur que nous nous fixons arbitrairement à 1000 mm, d'autres sont possibles. • Une variabilité de sa position en hauteur entre les valeurs : basse de 840 10 mm et haute de 1160 mm, d'autre sont possibles. Le dispositif doit également assurer une reprise d'effort vertical qui est loin d'être négligeable. Dans notre cas d'application nous savons que le masse d'une remorque peut être en charge de 44 tonnes. On est en droit d'estimer que la charge reportée à la verticale de la cheville ouvrière sera de l'ordre de 15 20 tonnes et que les accélérations verticales à prendre en compte pour répondre aux normes ferroviaires sont de 0,3 G. Description de l'invention. La présente invention en sera mieux comprise en regard des dessins des 20 planches : N°1/2, elle présente avec la figure N°1 la vue en plan du dispositif reprise de charge à incorporer au wagon. N° 2/2, elle présente avec la figure N° 1 le profil transversal de l'invention, la figure N° 2 son profil longitudinal partiel. 25 Description du principe. Bien que sa fonctionnalité soit liée à l'embarquement d'une remorque la présente invention fait partie intégrante du wagon. Comme nous le disions sa fonction est double : 30 1. Transférer vers le wagon (à la verticale du bogie) les efforts qui reposent sur les béquilles de la remorque. Les béquilles ne pouvant supporter les efforts que produiront les effets dynamiques de la rame pendant son déplacement. 2. Immobiliser la remorque par rapport au wagon. La présente invention s'incorpore dans une base constituée d'un cadre fermé sur le dessous. Ce cadre, solitaire du wagon et mobile en hauteur, intègre l'ensemble du dispositif mécanique qui lui comprend essentiellement deux bras mobiles et une crémaillère solidaire du fond de la base. Nous pouvons immédiatement dire : que le principe de mobilité des deux bras peut être rotatif comme il est présenté sur la figure Na 1 de la planche N° 2/2 ou suivant tous autres principes sans changer quoi que ce soit à la présente invention, seul sa mobilité compte. Sans la présence de la remorque ces bras sont naturellement maintenus en position haute ou ouverte et centrée dans le jeu longitudinal qui leur est réservé dans la base. La mobilité des bras doit pouvoir exercer dans deux directions : • Transversalement ce que permet le principe des deux bras oscillant puisqu'ils traduisent leur rotation en une ouverture qui disparaîtra au 15 moment de la fermeture. • Longitudinale par la différence de longueur des barres par rapport à la base dans laquelle ils sont enfermés. Le principe sera mieux compris après la description et la fonction de chaque composant. 20 Description de l'invention Sa base est constituée un châssis mécanique (1) (figures N°1 de la planche N°1/2 et figures N°1 et 2 de la planche N° 2/2) qui incorpore longitudinalement et de chaque coté les axes (2 et 2 bis). Ces axes (2 et 2 25 bis) sont solidaires du cadre de châssis (1) avec une reprise en partie centrale par les blocs (3), ces derniers assureront également les appuis du système de recentrage. Ces axes (2 et 2 bis) constituent, avec les deux blocs (3) qui les reprennent, les seuls éléments de cet ensemble, ils sont fixés rigidement à la base (1). 30 Chaque axe (2 et 2 bis) insère un bras oscillant (5 ou 5 bis) qui sont représentés sur les plans : pour le () en position haute, pour le (5 bis) en position base. Chaque bras (5 ou 5 bis) en plus de son axe de rotation (6) reçoit la pièce de blocage proprement dite (Z). Elle est reliée à l'axe de rotation (6) par un certain nombre de supports (8), la figure N° 1 de la planche N° 1/2 en montre deux. La pièce de blocage (7 ou 7 bis) portée par ces supports (8) est constituée d'une barre métallique rigide. Elle comporte comme le représente bien les figures 1 et 2 de la planche N°2/2 des cavités () qui correspondent au diamètre de la cheville ouvrière (10) solitaire de la remorque. Remorque qui est symbolisé sur la figure N° 1 de la planche N° 2/2 par le repère (11). Pour faciliter les déplacements des barres (7 et 7 bis) sur les axes (2 et 2 bis) il est prévu au-dessus des cavités (9) des cônes de pénétrations (M. La forme optimum des cônes de pénétrations (12) sera recherchée par expérimentation. Nous pouvons dès à présent dire que les cônes de pénétration (12) auront de forme asymétrique comme le montre la figure N° 1 de la planche N°1/2. Cette asymétrie sera recherchée pour ne jamais avoir face à face les dents que formeront les sorties des cônes de pénétration (12). Description de la première partie du cycle de fonctionnement : Il convient pour bien comprendre l'invention et pour apprécier sa faisabilité, de décrire la première partie du cycle de travail. La remorque arrivant liée à son tracteur est (après dépose sur ses béquilles de parcages) abandonnée sur le quai. Puis l'ensemble est chargé, par un mécanisme propre à la gare, sur un wagon. En fin d'opération, la remorque repose toujours sur ses béquilles dans le fond du wagon. La cheville ouvrière (10) se trouve positionnée au-dessus du dispositif que représente l'invention (qui est-elle solidaire du wagon). Sa position longitudinalement par rapport à l'une cavité (9) présente sur les barres (7 et 7 bis) est aléatoire. Cependant la probabilité est nulle que ce positionnement soit bon, d'ou la nécessité de prévoir un déplacement longitudinalement des barres (7 et bis). Les cônes de pénétrations (12) sont là pour favoriser ce déplacement. Dans notre explication nous pourrions parler de bras (5 1g 5 bis) ou de barres (7 et 7 bis) puisque ces pièces forment en final qu'un seul et même ensemble. Nous emploierons cependant le terme de barre pour bien faire comprendre que l'action se passe au niveau de cette dernière. Description du réceptacle incorporé au wagon : Premier élément clé de l'invention les barres (7 et 7 bis) disposent sur leur face latérale internes de cavités que l'on peut assimiler à des dents d'une crémaillère de forme très spécifique ; (figure N°1 de la planche N°1/2 et figures N° 1 et 2 de la planche N° 2/2). Cette forme partiellement complémentaire à la cheville ouvrière (10) provoque simultanément lors de la fermeture donc pendant la rotation des bras (5 et 5 bis) un décalage longitudinal. Ce décalage peut-être nul, il sera au maximum de plus ou moins un demi pas des cavités (9). Ce déplacement se fait par rapport au point fixe qu'est devenu la cheville ouvrière (10). Le pas de cette crémaillère peut être inférieur au diamètre de la rotule de la cheville ouvrière (10) de la remorque. Le déplacement des barres (7 et 7 bis) peut se faire dans un sens ou dans l'autre suivant l'origine du contact entre les éléments (10) et (9). En fin d'opération les alvéoles (9) des barres (7 et 7 bis) sont bien étés mises en concordance par/avec la cheville ouvrière sur une position qui correspond bien à son implantation sur la remorque. Une barre (7 ou 7 bis) peut se déplacer vers la gauche l'autre vers la droite par le fait de l'asymétrie des cônes de pénétrations (12). Cependant les barres (7 et 7 bis) ont toujours le même jeu longitudinal dans leur base (1) et la sécurité de la rame ne peut se satisfaire de cette situation. Il convient de prévoir un dispositif complémentaire qui aura pour fonction d'immobiliser les barres (7 et 7 bis) avec la base (1). Pour cela nous introduisons dans la base (1) dans le sens longitudinal et en partie centrale une seconde crémaillère (13) donc la fonction sera de recevoir les crémaillères complémentaires (14) qui elles sont implantées en partie basse de chaque barre (7 et 7 bis). Le pas et le profil de ces crémaillères (13 et 14) seront les plus faibles possibles pour limiter les contraintes qu'elles introduiront en fin de course sur le dispositif. Ils seront toutefois calculés pour encaisser le freinage de la rame en cas d'urgence. La présente invention s'intègre dans le châssis du wagon (au plus près d'un des bogies). La base (1) qui reçoit l'ensemble du dispositif est mobile en hauteur entre les valeurs de 1160 et 840 mm qui correspondent à la variabilité de hauteur des remorques. Ce cadre (1) d'une certaine hauteur aura la longueur suffisante pour permettre : la saisie de la cheville ouvrière (10) et autoriser cette saisie avec une variation de position sur la longueur de 1000 mm. D'autres valeurs sont possibles. Les barres (7 et 7 bis) que nous avons décrit libres sur le plan horizontal, ont cependant des contraintes dans cette liberté : En longueur : cette liberté sera supérieure à un pas des cavités L9) taillées dans les pièces (7 et 7 bis). La position centrale des pièces (7 et 7 bis), nécessaire en début de cycle, est assurée par un ensemble de deux ressorts (15) implantés unitairement sur les axes (2 et 2 bis). Ces ressorts (15) sont simplement dimensionnés pour déplacer, relever le masse des pièces (7 et 7 bis) et vaincre l'ensemble des frottements qu'engendreront les déplacements. Ces ressorts (15) peuvent se présenter sous la forme de ressorts classiques à fil ou sous la forme de ressort à gaz. La position centrale des barres (7 et 7 bis) est assurée par les pièces (3 et 3 bis) solidaire de la base (1) sur lesquelles les ressorts prennent appuis. La compression des ressorts (15) peut être nulle en position médiane de repos. La force de relevage (s'il elle est assurée par des ressorts à fils) se fait par la mise en tension du ressort 1(5) en réalisant une torsion sur son axe., cette torsion peut être exécutée par les pièces (3 et 3 bis). 2.5 Description de la seconde partie du cycle de fonctionnement : II nous faut revenir au mode de fonctionnement pour comprendre la nécessité des différents composant incorporé à la base W. Ils interviennent dans l'enchaînement et l'ordre des mouvements ou en limitent les 30 déplacements. Nous rie savons pas au premier abord quelle est la position de la cheville ouvrière par rapport au wagon, pas plus que nous ne connaissons sa position en hauteur ; nous savons simplement qu'elle s'inscrit, pour être autorisé à embarquer, dans le plan vertical que nous avons retenu : en longueur 1000 mrn en hauteur 300 mm. Sur les trois axes un seul est naturellement défini, celui qui se trouve dans l'axe du wagon donc de la remorque. Même si on n'a pas encore défini comment se produit l'opération qui consiste à réunir les deux éléments ; nous savons simplement que le cadre (1), qui porte une seule crémaillère (13), des systèmes de barres (7 et 7 bis) et les ressorts (15), est mobile en hauteur. Nous verrons que le cycle de mise en place peut se dérouler de deux 10 façons : • La première par la remontée du cadre (1) sous l'effet d'une action mécanique. • La seconde, le cadre (1) étant naturellement en position haute sous l'effet d'un ressort mécanique ou à gaz. 15 Nous retenons de prendre pour décrire le cycle la remontée du cadre. En début de cycle le cadre (1) mobile en hauteur se trouve clans une position basse encastrée dans le châssis du wagon ; il laisse une garde suffisante pour que les composants ne s'accrochent pas entre eux. 20 Sous l'action d'un système (qui reste ouvert à de multiples solutions de construction et qui ne sera pas décrit dans la présente invention) le cadre (1) se déplace vers le haut jusqu'au point de contact de la cheville ouvrière, figure N° 1 planche N°2/2, et le dessous de l'une des cavités () que porte les barres (7 et 7 bis). 25 Le mouvement de monté se poursuit, l'interpénétration des éléments de la présente invention se met en place. Nous voyons immédiatement : - Que la cheville ouvrière (10) rentre en contact avec deux demi-cavités (9) qui sont présentes sur deux éléments des barres (7 et 7 lis). Sa position 30 longitudinale est bien tributaire de la position de la cheville ouvrière que définit le modèle de remorque embarqué ! - Que la probabilité pour que ces trois éléments soit en position favorable est (pratiquement) nulle Poursuivant sa progression, sous la poussée que l'on lui influe, le cadre (1) provoque pour pouvoir introduire le déplacement des barres (7 et 7 bis) : • dans le sens vertical ce qui produit par rotation des bras (5 et 5 bis) le pincement progressif de la cheville ouvrière (10) • dans le sens longitudinal, � pour compenser le décalage originel des dents � en glissant sur les axes (2 et 2 bis) dans l'espace qui leur est attribué et en comprimant les ressorts (15). Ce déplacement se faisant dans un sens ou l'autre suivant la face de la cavité (9) qui rentre en contact avec la cheville ouvrière (10). Si l'on devait en rester là, l'ensemble porte-sellette dont la remorque, serait bien rendu solidaire du wagon. Mais avec une liberté longitudinale correspondant pour partie au jeu que nous avons prévu entre le cadre (1) et les barres (7 et 7 bis). Cela revient à reconnaître que la remorque n'est toujours pas immobilisée. Poursuivant son mouvement ascendant le cadre () ; ne pouvant plus bénéficier du déplacement longitudinal du jeu des barres (7 et 7 bis) en équilibre sur les cotés de la cavité (9), la cheville ouvrière (19) pousse devant elle des barres (7 et 7 bis) les forçant à pénétrer cette fois dans la crémaillère (14). La poursuite de l'action provoque le relevage de la remorque. Nous savons cette fois que les dents des crémaillères (14) incorporées aux des barres (7 et 7 bis) se trouvent par construction au mieux en face des dents cle la crémaillère complémentaire (13) solidaires du cadre (1), au pire à un demi pas. Demi-pas qui mettra en contrainte les composants du système sans en interdire la pénétration. Tout l'ensemble, sous la charge que représente la remorque, devient autobloquant et l'invention prend en charge la masse de la remorque qui commence à se soulever de ses béquilles. A partir de cet instant nous avons bien réalisé les deux fonctions que nous octroyons à la présente invention. A savoir : • L'immobilisation de ladite remorque sur le wagon au-dessus du bogie du wagon dans une position pouvant varier de 1000 mm en longueur et de 300 mm en hauteur. • Le transfert de la charge qui reposait sur les béquilles de la remorque pour l'appliquer sur la cheville ouvrière. Nous avons jusqu'à présent considéré que le cadre (1) avait une capacité de déplacement en hauteur sans voir les moyens de ce déplacement. Les multiples solutions de mécanisation nous font penser que cette partie de la fonctionnalité qui consiste à déplacer le cadre (1) de bas en haut n'a pas à être décrite dans la présente invention. Cela d'autant plus qu'il nous faut rendre compatible l'espace disponible sur le wagon avec celui du système de déplacement. Le choix de construction de ce mécanisme ne remet à aucun moment en cause la validité de la présente invention qui se satisfait de la seule présence des éléments décrits dans les planches N°1/2 et 2/2. Décrivons le cycle de fonctionnement inverse. Dans ce cas le cadre (1) se trouve, en début de cycle, dans une position haute supérieure aux 1160 mm, plan de la remorque la plus haute. La remorque à immobiliser est présentée par le dessus puis progressivement descendue sur le cadre (1). La cheville ouvrière (10) et le cadre (1) rentrent en contact et les phénomènes de déplacements relatifs se reproduisent selon le cycle précédent. Il faut dans ce cas que l'effort résistant (qui maintient le cadre en suspension) soit supérieur aux contraintes que provoqueront les ressorts (15) auquel s'ajoute le masse de l'équipement et les frottements. Dans les deux cas de fonctionnement, il sera nécessaire de gérer un certain nombre d'informations qui auront pour fonctions d'arrêter le cycle de déplacement du cadre (1). Des informations devront interagir sur le système de déplacement du cadre () et une prise de mesure située sous les béquilles de la remorque (jauge 30 de contrainte par exemple) pour en arrêter l'action. Avantage de l'invention : II apparaît clairement dans les études économiques que la présence de personnel introduit des temps d'immobilisation des matériels roulants qui affectent considérablement la rentabilité de tous systèmes de ferroutage. Les fonctions qui viennent d'être décrites sont parfaitement répétitives donc facilement automatisables Le but premier de cette invention est de rendre faisable en automatique, sans présence humaine et par un moyen simple : 1. L'immobilisation d'une remorque routière sur un wagon. 2. Le transfert de la charge des béquilles de la remorque vers le wagon pendant la phase de roulage. 3. L'incorporation de l'invention qui vient être décrit à tous les types de wagons. REVENDICATIONS1. Système automatique de reprise et d'immobilisation d'une remorque routière sur un wagon de marchandises se caractérise en ce qu'il est apte à s'adapter automatiquement à tous types de remorques dans une large plage de variation : 1. De la cote de hauteur de 1160 à 840 mm, voire plus. 2. De la position longitudinale de la cheville ouvrière de 1 mètre, voire plus. 2. Système suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif comprend un seul élément incorporé et solidaire du wagon. 3. Système suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la partie qui rend solidaire la remorque pendant son déplacement ferroviaire est constitué 15 d'un cadre mécanique mobile en hauteur. 4. Système suivant les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que des barres mobiles qui sont disposées symétriquement et longitudinal à l'intérieur du cadre ont des dents verticales qui peuvent être assimilées à des 20 crémaillères. 5. Système suivant la revendication 4 caractérisé en ce que ses mêmes barres mobiles incorporent sur le dessous une seconde crémaillère d'un pas plus petit que les dents de la crémaillère verticales. 6. Système suivant la revendication 4 et 5 caractérisé en ce que ces dents ont un profil spécifique apte à reprendre et à immobiliser la cheville ouvrière d'une remorque quelle que soit sa position dans les deux axes prédéfinis. 30 7. Système suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le cadre incorpore longitudinalement d'une crémaillère disposée sur son fond en partie centrale. 11 25 8. Système suivant la revendication 4 caractérisé en ce que chaque barre mobile disposée à l'intérieur du cadre, est soumise à l'effet de ressorts qui la contraint dans deux directions : a. Pour la première dans la position médiane du cadre mobile. b. Pour la seconde en provoquant son maintien en position haute. 9. Système suivant les revendications 1 et 8 caractérisé en ce que les dents et les déplacements qui en découlent peuvent avoir des pas et des formes les plus variés.