Brevet FR2939092A1 — publié le 20100604

VEHICULE FERROVIAIRE A PROPULSION HUMAINE ET PROCEDE DE FABRICATION DES ROUES D'UN TEL VEHICULE L'invention a trait à un véhicule ferroviaire à propulsion humaine. Un tel véhicule, léger et destiné à une utilisation ludique, est mû par la force musculaire d'un ou de plusieurs de ses occupants. Un tel véhicule est souvent dénommé cyclo-draisine ou vélo-rail. Les cyclo-draisines ou vélos-rails comprennent un châssis pouvant accueillir, en général, de deux à six personnes. Au moins deux pédaliers permettent l'entraînement en rotation d'un essieu par deux des passagers. Ce type de véhicule est utilisé sur des portions de voie ferrée exploitées dans un but touristique. De ce fait, ils n'atteignent généralement pas des vitesses importantes. Néanmoins, en fonction de la pente de la voie ferrée et/ou de la force musculaire de ses passagers, ces vitesses peuvent avoisiner les 25 km/h. Sur ces voies ferrées touristiques, il est fréquent d'avoir plusieurs véhicules qui se suivent à des intervalles plus ou moins importants. Il est donc essentiel de pouvoir effectuer un arrêt rapide, en toute sécurité, du véhicule et sans risque de dérailler et/ou de percuter un autre véhicule. Pour cela, les véhicules sont généralement équipés, au niveau d'au moins une roue, d'un patin pouvant venir en appui sur la roue pour ralentir la rotation de celle-ci. L'appui se fait par l'intermédiaire d'une pédale ou d'un levier actionné par un des passagers. Or, ces véhicules utilisent des roues métalliques similaires à celles équipant des wagons normaux. Un freinage par un patin appuyant sur une roue métallique en rotation sur une surface métallique n'offre que peu d'efficacité puisque le coefficient de frottement de glissement de l'acier sur l'acier est faible. La force d'appui du patin est également relativement faible. De ce fait, l'arrêt est d'autant plus délicat à réaliser que l'utilisation de roues métalliques induit un poids du véhicule élevé, ce qui augmente l'énergie cinétique du véhicule d'où une distance d'arrêt du véhicule relativement importante. De ce fait, les carambolages entre véhicules sont relativement fréquents, accompagnés quelquefois de déraillement. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un véhicule ferroviaire à propulsion humaine équipé d'un dispositif d'arrêt efficace. A cet effet, l'invention a pour objet un véhicule ferroviaire adapté pour se déplacer sur une voie ferrée sous l'action de la force musculaire d'au moins un de ses passagers, caractérisé en ce que la zone de guidage et la zone de roulement sur un rail des roues du véhicule sont réalisées dans un matériau avec un coefficient de frottement de glissement sur l'acier supérieur à celui de l'acier sur l'acier. La présence de ce matériau sur certaines zones de la roue permet d'augmenter l'adhérence de la roue sur le rail et donc d'avoir un freinage plus efficace. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention celle-ci peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le matériau est un élastomère. - le matériau est du polyuréthane. - les zones de guidage et de roulement sont configurées pour définir une section transversale de la périphérie de la roue en forme de L. - le véhicule est pourvu d'un dispositif de freinage comprenant au moins 20 un frein à disque monté sur au moins un des essieux. - le véhicule comprend un dispositif d'assistance au déplacement du véhicule. - le dispositif d'assistance comprend au moins un moteur électrique d'appoint monté sur au moins un essieu. 25 - le dispositif d'assistance comprend au moins un moteur électrique d'appoint monté directement sur une roue. L'invention concerne également un procédé de fabrication des roues munies de zones de guidage et de roulement sur un rail, pour un véhicule ferroviaire selon une des caractéristiques précédentes, caractérisé en ce qu'il 30 comprend au moins les étapes suivantes : - a) équiper la gorge périphérique d'une jante avec des inserts de renfort disposés parallèlement à l'axe de rotation d'une roue, - b) disposer, à plat, la jante sur des plots dans un moule dont la zone de coulée correspond à la forme de la section transversale de la périphérie de la roue, - c) couler un élastomère, par exemple du polyuréthane, dans la zone de coulée en enrobant la gorge et les inserts, - d) après polymérisation, démouler la roue. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, le procédé de fabrication des roues peut incorporer une ou plusieurs des étapes suivantes : - avant l'étape a), on perce régulièrement les parois de la gorge périphérique de la jante de trous de passage des inserts de renfort. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un véhicule conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue par l'avant, en perspective, d'un véhicule conforme à un mode de réalisation de l'invention, en place sur des rails schématisés en traits mixtes, - la figure 2 est une vue de côté en perspective, à la même échelle, du véhicule de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle, à plus grande échelle et en perspective, d'un dispositif de freinage équipant l'essieu arrière du véhicule représenté aux figures précédentes, - la figure 4 est une vue de face, à plus grande échelle, des zones de roulement et de guidage d'une roue du véhicule des figures 1 à 3, sans la jante associée, - la figure 5 est une coupe partielle, selon un plan parallèle à l'axe de rotation de la roue, à la même échelle que la figure 4, de l'extrémité d'une roue et - les figures 6 à 9 sont des représentations schématiques des étapes de fabrication d'une telle roue. Les figures 1 et 2 représentent un véhicule ferroviaire 1 mû par la force musculaire. Ce véhicule 1 est désigné par la suite par les termes � cyclodraisine � ou � vélo-rail �. II comprend un châssis métallique 2 formé de tubes 3 métalliques,à section carrée, assemblés de manière à réaliser un cadre 2 rectangulaire. En variante, la section des tubes 3 est d'une autre forme que carrée. Sur ce cadre, des potences 4 supportent quatre sièges 50, 51 répartis en deux rangées parallèles. Dans d'autres modes de réalisation, les sièges peuvent être remplacé par des banquettes pouvant accueillir jusqu'à six passagers. Des poignées latérales 6 situées au niveau de l'assise de chaque siège 50,51 permettent aux passagers de se tenir. En variante, un tel vélo-rail peut être équipé de rambardes, d'accoudoirs, et/ou d'un auvent amovible permettant la protection des passagers en cas de pluie ou de soleil. Les sièges 50 situés à l'arrière sont surélevés par rapport aux sièges 51 situés à l'avant. Ainsi, tous les passagers bénéficient d'une vision non gênée lorsqu'ils sont assis. Devant les sièges 50, 51, il est prévu une plaque métallique. La plaque métallique 60 située devant les sièges 50 est fixée sur le cadre 2. La plaque 61 située devant les sièges 51 est concave et placée sous le cadre 2. Ces plaques 60, 61 ont un rôle d'appui et de protection des pieds, afin que les passagers ne se prennent pas les pieds dans certaines parties du cadre. Au dessus de la plaque métallique 61, se trouvent fixés deux pédaliers 7 reliés chacun par une chaîne 8 à une roue d'entraînement 9 d'un essieu 10 équipé de roues 11. Dans une variante non représentée, le nombre de pédaliers est différent. Par exemple, il peut être d'un seul ou supérieur à deux. Dans ce dernier cas, chaque passager participe à la propulsion du véhicule, grâce à un pédalier installé devant son siège, les deux essieux sont alors entraînés en rotation par des pédaliers. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 et 2, il s'agit d'un pédalier 7 simple, sans système de démultiplication. En variante, on peut l'équiper d'un système de vitesses, similaire à celui monté sur un vélo. La partie avant du châssis peut être équipée d'une barre de protection et de maintien pour les passagers assis à l'avant du vélo-rail. Le véhicule 1 peut être muni de pare-chocs, avant et/ou arrière, de dispositifs de visualisation et/ ou d'éclairage, par exemple des lampes à éclats permettant un éclairage orienté vers l'avant et/ou vers l'arrière. L'essieu avant 10 et l'essieu arrière 12 sont pourvus de roues 11 identiques dont l'écartement est adapté à la largeur de la voie ferrée. Dans un mode de réalisation non illustré, les roues de l'essieu avant et de l'essieu arrière ne sont pas identiques. Ces roues 11 sont réalisées à partir d'une jante 13, préférentiellement une jante à rayons, en polymère ou métallique, ce qui permet de diminuer le poids de chaque roue d'environ 50% par rapport à une roue métallique pleine. Une telle jante 13 forme la structure de soutien d'une roue 11. Le bord périphérique 14 de chaque roue 11 est d'une largeur supérieure à celle du bord périphérique 15 de chaque jante 13. Ce bord périphérique 14 de roue comprend une zone de roulement 16 et une zone de guidage 17 sur un rail 18, schématisé à la figure 1 en traits mixtes. Ces zones 16, 17 sont réalisés dans un matériau dont le coefficient de frottement de glissement sur l'acier est supérieur à celui de l'acier sur l'acier. II s'agit, par exemple, d'un élastomère, avantageusement du polyuréthane. Ce matériau offre une rigidité suffisante pour éviter tout écrasement, sous l'effet du poids du vélo-rail et ainsi permettre le glissement de la roue 11 sur un rail 18. D'autre part, le polyuréthane a une souplesse suffisante pour améliorer l'adhérence de la roue 11 sur le rail 18 lors du freinage. La zone de roulement 16 et la zone de guidage 17 sont disposées de sorte à réaliser un bord périphérique 14 de la roue 11 globalement en forme de L. La petite branche 17 du L forme la zone de guidage. Elle est destinée à venir en appui contre une face latérale 19 du rail 18 orientée en direction du rail 18 opposé. La grande branche 16 du L forme la zone de roulement. Elle est en contact avec la face supérieure 21 du rail 18 et assure le roulement proprement dit de la roue Il, tandis que la zone de guidage 17 participe au maintien du vélo-rail sur les rails 18. Un dispositif de freinage 22 équipe au moins un des essieux 10 ou 12. Dans l'exemple, l'essieu arrière 12 est pourvu d'un dispositif de freinage 22 dont la commande s'effectue à partir d'un siège avant. Une poignée de frein 23 est montée sur une poignée de maintien 6. Le dispositif de freinage comprend également un disque 24 monté sur l'essieu arrière 12. Des patins, non visibles, sont fixés sur une mâchoire 220. Cette dernière pince le disque 24 sous l'action d'un piston, inséré dans le boîtier 221 et commandé par un câble 230, visible à la figure 2, et relié à la poignée 23. Dans un mode de réalisation non illustré, chaque essieu est pourvu d'un dispositif de freinage actionné par au moins un des passagers, avantageusement deux passagers dont l'un actionne le dispositif de freinage sur l'essieu avant et l'autre sur l'essieu arrière. En variante, le dispositif de freinage, équipant au moins un essieu, est actionné par une commande centrale, par exemple un levier, accessible à tous les passagers du véhicule. Une telle construction permet de réaliser un vélo-rail relativement léger puisque le poids d'un tel modèle est compris généralement entre 60 kg et 90 kg à vide ce qui permet aux passagers de mettre en mouvement facilement le vélo-rail. Par ailleurs, le faible poids de ce véhicule facilite le demi tour, par retournement de l'engin, lorsqu'on arrive au terme du parcours. L'utilisation du polyuréthane pour réaliser les zones de guidage et de roulement des roues permet d'augmenter le confort des passagers puisque le bruit est diminué du fait de l'absence de frottement entre deux parties métalliques, à savoir les roues 11 et le rail 18. La souplesse même du matériau utilisé permet, lorsque le vélo rail 1 passe sur des éclisses ou sur une zone où les rails 18 ne sont pas parfaitement propres, par exemple à cause de la présence de débris végétaux, de sable ou de petits cailloux, d'éviter tout risque de patinage, voire de déraillement, puisque le matériau se déforme et ainsi � enrobe � l'élément perturbateur situé sur le rail 18, tout en préservant le confort sonore des passagers. L'utilisation du polyuréthane, permet le freinage et l'arrêt du véhicule de manière rapide et sécurisé. A titre d'exemple, un vélo rail équipé de telles roues 11 et du dispositif de freinage 22, avec quatre passagers, pour un poids total roulant d'environ 400 kg et lancé à une vitesse de 25 km/h sur une pente à 2,5% s'arrête sur une distance comprise entre 5 et 10 m. On décrit maintenant un procédé de fabrication des roues 11 d'un tel véhicule ferroviaire. Dans une première étape représentée à la figure 6, on équipe une jante 13 à rayons d'inserts 25 de renfort, métalliques. Ces inserts 25 assurent l'ancrage de l'élastomère, en l'espèce du polyuréthane, dans la gorge 26 de la jante 13 et rigidifient la roue 11. Il est à noter que, dans un autre mode de réalisation, on utilise une jante pleine. Dans ce cas, le gain de poids sur une roue finie est moindre. Les inserts sont formés par des tiges 25 métalliques, régulièrement disposées dans une gorge extérieure 26 de la jante 13. Pour cela, des trous de passage, non représentés, sont régulièrement percés sur les parois de la gorge 26. Ces trous permettent la mise en place des tiges 25. Ces tiges sont orientées parallèlement à l'axe de rotation A-A' de la roue 11, c'est-à-dire disposées perpendiculairement au diamètre de la jante 13. De par leur longueur supérieure à la largeur de la gorge 26 de la jante 13, les tiges 25 débordent légèrement de part et d'autre de la jante 13. Les inserts ou tiges 25 forment ainsi une zone d'accrochage facilitant la mise en place du polyuréthane et renforçant le maintien en position de celui-ci dans la gorge 26 de la jante 13. Dans une seconde étape représentée à la figure 7, on dispose la jante 13 à plat sur des plots 270 dans un moule 27 dit moule inférieur. Les dimensions de ce moule 27 et la configuration de sa face interne sont adaptées pour définir une zone de coulée 28 du polyuréthane. Les dimensions de cette zone de coulée 28 sont telles qu'elle englobe les inserts 25 et la gorge extérieure 26 de la jante 13. On pose ensuite un couvercle 29 ou moule supérieur sur le moule inférieur 27. La géométrie de ce couvercle 29 est adaptée pour participer à la délimitation de la zone de coulée 28. Le couvercle 29 est maintenu sur le moule 27 par une mollette centrale 30, à vis, en prise dans le fond du moule 27. En variante, on peut utiliser un autre dispositif, connu en soi, de maintien, en pression, du couvercle 29 sur le moule 27. On est alors dans la configuration de la figure 8. De cette manière on assure l'étanchéité de la zone de coulée 28, la jante 13 étant maintenue serrée entre le moule 27 et le couvercle 29. Dans une troisième étape, représentée à la figure 9, on coule du polyuréthane dans la zone de coulée 28 jusqu'au niveau de la face externe du couvercle 29. Après polymérisation, lors d'une quatrième étape, la jante 13 est démoulée pour obtenir une roue 11 finie. Celle-ci est ensuite montée sur une extrémité d'un essieu 10, 12 dont la longueur est choisie selon la largeur de la voie ferrée. Par ce procédé de fabrication on obtient une roue 11 comprenant une structure interne rigide, formée par la jante 13. La périphérie de cette roue comprend une zone de guidage 17 aussi appelé boudin, à savoir la petite branche du L, et une zone de roulement 16, à savoir la grande branche du L, réalisées en élastomère, ici en polyuréthane. En d'autres termes, le polyuréthane utilisé permet le glissement des roues sur les rails tout en assurant un freinage efficace. Dans un autre mode de réalisation non illustré, la propulsion de ce type de vélo-rail est assistée par un dispositif autonome, indépendant des pédaliers actionnés par les passagers. Un tel dispositif a pour objet de diminuer les efforts fournis par les passagers, au moins dans certaines parties du circuit, en particulier les parties pentues, plutôt que d'augmenter la vitesse maximale du vélo-rail. Ce dispositif comprend avantageusement au moins un moteur électrique d'appoint relié à un essieu. Le moteur d'appoint peut également être monté à proximité d'une roue pour réaliser un entraînement direct de celle-ci. Dans ce cas, le moteur électrique d'appoint entraîne un galet venant en appui sur la périphérie de la roue ou sur la jante pour faciliter la rotation de celle-ci. Le nombre de moteurs électriques d'appoint, montés soit pour entraîner directement les roues soit pour entraîner les essieux, par un engrenage, est adapté au poids du véhicule, et/ou à son parcours. Le ou les moteur(s) électrique(s) d'appoint sont alimentés par des batteries rechargeables, disposées par exemple entre les rangées de sièges, au plus prés du centre de gravité du véhicule. Ces batteries peuvent être reliées à un convertisseur assurant leur recharge lorsque le véhicule se déplace, cela de manière connue en soi. Ces batteries peuvent être reliées à des panneaux solaires ou à une éolienne, similaire à celle montée sur un voilier. Ce dispositif électrique d'appoint permet d'assister les passagers pour la propulsion du véhicule. Par exemple, on peut l'utiliser lors d'une montée ou sur un trajet relativement long, lorsque l'on veut ménager ses efforts. Le dispositif électrique d'appoint participe alors au déplacement du vélo-rail, étant entendu qu'il ne s'agit que d'un dispositif d'appoint, le véhicule restant essentiellement mû par la force musculaire. En variante, on peut également l'utiliser à titre d'élément de sécurité. Dans ce cas, on règle le moteur électrique pour qu'il ne puisse pas tourner à une vitesse supérieure à une vitesse prédéterminée. De cette manière, l'entraînement maximal en rotation des essieux est prédéfini et on évite ainsi tout emballement du véhicule par exemple lors des descentes. En d'autres termes, on utilise le dispositif d'assistance comme un frein moteur. Le moteur d'appoint est ainsi utilisé comme un limiteur de vitesse. La commande de ce dispositif d'entraînement d'appoint peut être manuel, par un des passagers, ou automatique, à l'aide d'un capteur de vitesse monté sur un essieu. En variante, on peut utiliser non pas des moteurs électriques mais un ou des moteurs thermiques, pneumatiques ou hydrauliques. La puissance atteinte avec un ou des moteurs thermiques peut être plus importante qu'avec un ou des moteurs électriques ce qui peut être utile, par exemple pour faciliter le déplacement d'un convoi de véhicules attachés les uns aux autres. Un tel véhicule peut également être équipé d'un dispositif permettant de gérer les distances de sécurité entre véhicules. Il peut s'agir d'un avertisseur sonore et/ou visuel ou, en variante, d'un détecteur de distance couplé au dispositif de freinage et mettant automatiquement ce dernier en action à partir d'une distance égale à une valeur prédéfinie. REVENDICATIONS1. Véhicule ferroviaire (1) adapté pour se déplacer sur une voie ferrée (18) sous l'action de la force musculaire d'au moins un de ses passagers, caractérisé en ce que la zone de guidage (17) et la zone de roulement (16) sur un rail (18) des roues (11) du véhicule (1) sont réalisées dans un matériau avec un coefficient de frottement de glissement sur l'acier supérieur à celui de l'acier sur l'acier. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau est 10 un élastomère. 3. Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau est du polyuréthane. 4. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones de guidage (17) et de roulement (16) sont configurées pour 15 définir une section transversale de la périphérie (14) de la roue (11) en forme de L. 5. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un dispositif de freinage (22) comprenant au moins un frein à disque (24) monté sur au moins un des essieux (12). 20 6. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'assistance au déplacement du véhicule. 7. Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'assistance comprend au moins un moteur électrique d'appoint monté sur au moins un essieu. 25 8. Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'assistance comprend au moins un moteur électrique d'appoint monté directement sur une roue. 9. Procédé de fabrication des roues munies de zones de guidage (16) et de roulement (17) sur un rail, pour un véhicule ferroviaire (1) selon l'une des 30 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : - a) équiper la gorge périphérique (26) d'une jante (13) avec des inserts (25) de renfort disposés parallèlement à l'axe de rotation (A-A') d'une roue (11), - b) disposer, à plat, la jante (13) sur des plots (270) dans un moule (27) dont la zone de coulée (28) correspond à la forme de la section transversale de la périphérie (14) de la roue (11), - c) couler un élastomère, par exemple du polyuréthane, dans la zone de coulée (28) en enrobant la gorge (26) et les inserts (25), - d) après polymérisation, démouler la roue. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'avant l'étape a), on perce régulièrement les parois de la gorge périphérique (26) de la jante (13) de trous de passage des inserts (25) de renfort.