Brevet FR3031490A1 — publié le 20160715

Bogie comprenant une suspension primaire centralisée La présente invention concerne un bogie de véhicule ferroviaire, du type comprenant deux paires de roues, les roues d'une paire étant reliées l'une à l'autre par un dispositif de liaison pour former un essieu, lesdits essieux étant reliés l'un à l'autre par un châssis, chacun des essieux étant articulé au châssis autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe des essieux. L'invention concerne également le véhicule ferroviaire comprenant un tel bogie. Des bogies du type précité sont connus. Cependant, de tels bogies comprennent généralement quatre suspensions primaires, permettant de suspendre le châssis du bogie par rapport aux essieux, et deux suspensions secondaires, permettant de suspendre la caisse du véhicule par rapport au châssis de bogie. Les quatre suspensions primaires sont chacune disposées entre les essieux et le châssis de bogie au niveau de chaque roue, ce qui constitue une structure complexe et présentant une masse importante. Des limites sur la masse roulante circulant sur les rails sont instaurées pour conserver les voies ferrées en bon état. Un des défis actuels dans le domaine des bogies est donc d'alléger les bogies et de les rendre plus simple d'un point de vue structurel. Une diminution de la masse du bogie permet ainsi de pouvoir transporter plus de biens ou de personnes, tout en limitant la dégradation des voies ferrées. Un but de l'invention est donc de fournir un bogie plus simple et plus léger. A cet effet, l'invention a pour objet un bogie comprenant deux dispositifs de suspension principale, chacun étant relié d'une part à un essieu différent, et d'autre part à une articulation élastique formant une suspension du châssis par rapport aux essieux. Le bogie selon l'invention ne comprend donc qu'une seule suspension primaire, au lieu des quatre prévues traditionnellement. La structure du bogie est donc grandement simplifiée et allégée tout en conservant les performances de suspension du bogie. Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, le bogie présente l'une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - l'articulation élastique s'étend sensiblement au droit du centre du bogie ; - les dispositifs de suspension comprennent chacun une partie extrême en forme de fourche comprenant deux branches fixées au dispositif de liaison de l'essieu correspondant ; - l'articulation élastique entre les deux dispositifs de suspension est un cylindre en caoutchouc évidé ; 3031490 2 - l'articulation élastique entre les deux dispositifs de suspension comprend un ressort ; - les dispositifs de liaison comprennent chacun un moteur et un réducteur tel que l'axe du dispositif de liaison est sensiblement parallèle et décalé au moins 5 longitudinalement par rapport à l'axe des roues ; - l'axe du dispositif de liaison de chaque essieu est plus proche du centre de gravité du bogie que l'axe de la paire de roues correspondante ; - les essieux comprennent chacun une partie non tournante à laquelle est fixé le dispositif de suspension correspondant à l'essieu ; et 10 - le bogie comprend deux longerons s'étendant de part et d'autre des essieux, dont chaque dispositif de liaison est articulé à une extrémité de chaque longeron. L'invention a en outre pour objet un véhicule ferroviaire comprenant un bogie, tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 15 description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective du dessus d'un bogie selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du dessous du bogie représenté sur la figure 1 ; 20 - la figure 3 est une représentation schématique du bogie vu de dessous ; - la figure 4 est une représentation schématique de certains éléments du bogie vu de côté, sous une charge voisine de la tare ; et - la figure 5 est une représentation schématique similaire à la figure 4 lorsqu'une charge supérieure à la tare est appliquée sur le châssis du bogie. 25 Dans la description, les termes « vertical » et « horizontal » sont définis par rapport à un bogie monté dans un véhicule ferroviaire et disposé sur des rails. Ainsi, un plan horizontal est sensiblement parallèle au plan dans lequel s'étendent les essieux et le plan vertical est sensiblement parallèle au plan dans lequel s'étendent les roues. Le terme « longitudinal » est défini par rapport à la direction dans laquelle s'étend un véhicule 30 ferroviaire dans un plan horizontal et le terme « transversal » est défini selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale dans un plan horizontal. En référence aux figures 1 et 2, on décrit un bogie 1 de véhicule ferroviaire (non représenté), par exemple un métro, un tramway ou un train. Le bogie est destiné à être raccordé de façon connue à une caisse (non représenté) du véhicule ferroviaire. 35 Le bogie 1 comprend deux essieux 2, 3, un châssis 4, deux dispositifs de suspension principale 6, 7, une articulation élastique 8 et un dispositif d'entraînement 10. 3031490 3 Chaque essieu 2, 3 comprend une paire de roues respectivement 12,13 et 14, 15. De façon classique, les roues peuvent être munies de disques de freinage 16. Les roues d'une paire 12 à 15 sont reliées l'une à l'autre par un dispositif de liaison 18, 20 pour former l'essieu 2, 3. 5 Comme schématisé à la figure 3, chaque dispositif de liaison 18, 20 comprend d'une part une partie centrale non tournante 26, 28 constituée par exemple par la carcasse d'un moteur 30, 32, ou intégrant ce moteur, et d'autre part de réducteurs latéraux 34, 35, 36, et 37. Chaque réducteur comprend une petite roue 38 solidaire en rotation de l'arbre du moteur et une grande roue 39 solidaire de l'axe d'une roue. La petite 10 roue 38 et la grande roue 39 engrènent ensemble de sorte que la rotation de l'arbre du moteur entraîne la rotation des roues 12, 13, 14, 15 par l'intermédiaire des réducteurs. Les roues tournent ainsi autour d'un axe A-A' décalé par rapport à l'axe de rotation de l'arbre du moteur 30, 32 B-B'. L'axe du dispositif de liaison 18, 20, sensiblement confondu avec l'axe de rotation de l'arbre du moteur, est ici sensiblement parallèle et décalé au 15 moins longitudinalement, et éventuellement verticalement, par rapport à l'axe des roues 12 à 15. L'axe de chaque dispositif de liaison 18, 20 est plus proche du centre de gravité du bogie 1 que l'axe de la paire de roues 12 à 15 correspondante. Le moteur 30, 32 est fixé au châssis du bogie de sorte à former une masse suspendue par rapport aux essieux et à ne pas souffrir des effets du rail, comme cela sera décrit ultérieurement. 20 En référence aux figures 1 et 2, les deux essieux 2, 3 sont reliés l'un à l'autre par le châssis 4. Les essieux 2, 3 sont articulés au châssis 4 autour d'un axe C-C' sensiblement parallèle à l'axe des essieux 2, 3, et proche de l'axe B-B'. Le châssis 4 comprend deux longerons 40, 42, s'étendant sensiblement longitudinalement. A chacune de ses extrémités longitudinale, chaque longeron 40, 42 est articulé à l'un des dispositifs 25 de liaison 18, 20 des essieux 2, 3 autour de l'axe C-C', au moyen d'articulation 43, 44, 45 et 46. Selon un mode de réalisation, la partie centrale 26, 28, qui forme un carter pour le moteur 30, 32, forme également une traverse du châssis. C'est-à-dire que la partie centrale 26, 28 s'étend d'un longeron à l'autre sensiblement transversalement et est fixée à chacun de ces longerons. 30 Chaque dispositif de suspension principale 6, 7 comprend une pièce de liaison reliée par une de ses extrémités 48, 50 à un essieu différent 2, 3. L'extrémité 48, 50 de la pièce de liaison présente par exemple la forme d'une fourche comprenant deux branches 51, 52 fixées à la partie centrale 26, 28 du dispositif de liaison 18, 20 de l'essieu correspondant 2, 3. Chaque branche est par exemple fixée à une extrémité transversale 35 de la partie structurante de sorte à être apte à reprendre les efforts de chaque roue du bogie. 3031490 4 Les pièces de liaison des deux dispositifs de suspension principale 6, 7 sont fixées l'une à l'autre à leur autre extrémité par une unique articulation élastique 8. L'articulation élastique 8 comprend par exemple un cylindre de caoutchouc évidé solidaire de l'extrémité de l'une des pièces de liaison et recevant un embout solidaire de l'extrémité de 5 l'autre pièce de liaison ou un ressort solidaire de l'extrémité de l'une des pièces de liaison et contraint contre l'extrémité de l'autre pièce de liaison. L'articulation élastique forme ainsi une rotule autorisant un mouvement de rotation autour d'un axe de rotation longitudinal et d'un axe de rotation transversal de l'extrémité de l'une des pièces de liaison par rapport à l'extrémité de l'autre pièce de liaison. L'articulation élastique 8 10 s'étend sensiblement au droit du centre du bogie 1, c'est-à-dire sensiblement au centre des longerons selon la direction longitudinale et à mi-distance de chacun des longerons selon la direction transversale. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, l'articulation élastique s'étend verticalement au-dessus des longerons, c'est-à-dire que l'axe longitudinal de l'articulation est décalé verticalement par rapport aux longerons. 15 Le dispositif d'entraînement 10 est relié en son centre à la caisse du véhicule ferroviaire par un pivot de caisse 56. Le dispositif d'entraînement 10 comprend également deux bielles 58, 60 reliées par une de leurs extrémités au pivot de caisse 56 et articulées au pivot de caisse autour d'un axe sensiblement vertical. Chaque bielle 58, 60 est reliée par son autre extrémité à un dispositif de liaison 18, 20 différent et est articulée à ce 20 dispositif de liaison autour d'un axe sensiblement transversal. Le dispositif d'entraînement 10, qui présente sensiblement la forme d'un Z vu du dessous, comme représenté sur la Fig. 3, permet de distribuer le mouvement de la caisse dans les deux bielles 58, 60 qui répartissent les forces dans les deux essieux 2, 3. Cela permet notamment aux bogies de pivoter indépendamment de la caisse, donc des autres bogies supportant la caisse. Le 25 train peut alors prendre des virages plus serrés que s'il n'y avait aucun dispositif d'entraînement. Le bogie 1 comprend également deux suspensions secondaires 70, 72, visibles sur la figure 1, disposées sur les longerons 40, 42 et sur lesquels le reste du véhicule est destiné à reposer. Ces suspensions secondaires 70, 72 permettent d'amortir les 30 mouvements du bogie 1 par rapport au reste du véhicule. Sur les figures 4 et 5, est représentée une vue schématique simplifiée du bogie 1 de côté permettant de rendre compte du fonctionnement de l'articulation élastique 8. Pour faciliter l'explication, les différentes fixations sont représentées par des points sur les figures 4 et 5. Les points L et L' sont les points de liaison du longeron 40 aux 35 dispositifs de liaison 18, 20 des deux essieux 2, 3. Les points F et F' sont les points de 3031490 5 fixation de chaque dispositif de suspension principale 6, 7 sur la partie centrale 26, 28 de l'essieu correspondant 2, 3. La droite passant par L (respectivement L') et par le centre de la roue 13 (respectivement 15) et la droite passant par F (respectivement F') et par le centre de la 5 roue forment un angle aigu a (respectivement a'). a et a' sont ici sensiblement égaux. Les deux dispositifs de suspension 6, 7 se rejoignent au niveau de l'articulation élastique 8, ici comprenant un cylindre de caoutchouc évidé. Sur la figure 4, seul l'effort de tare est appliqué sur le bogie 1. Sur la figure 5, une charge supérieure à la tare (non représentée) est appliquée 10 sur les longerons 40. Le longeron 40 s'abaisse par rapport à la situation de la figure 4. Les points L et L' s'abaissent donc également. Le longeron 40 et les dispositifs de suspension 6, 7 étant raccrochés au dispositif de liaison 18, 20 de l'essieu correspondant 2, 3, le moment dû à la charge s'appliquant sur le longeron 40, et égal au produit de cette charge et de la distance séparant le point L au centre de roue, projetée horizontalement, 15 est repris par la distance séparant le point L à l'articulation 8, projetée approximativement verticalement. Les angles a et a' sont constants entre les situations des figures 4 et 5. La baisse du longeron 40 se répercute donc sur l'orientation des dispositifs de suspension 6, 7 qui ont tendance à se rapprocher. L'articulation élastique 8 sert alors à contrôler le débattement. 20 L'articulation élastique 8 permet également au bogie 1 de reprendre les gauches de voies et d'assurer le parallélisme des essieux tout en permettant de suspendre le châssis du bogie 1 et les moteurs du bogie par rapport aux essieux 2 et 3. Les dispositifs structurants de liaison 18 et 20 en regard, associés aux deux dispositifs de suspension principale 6 et 7, sont reliés l'un à l'autre par l'articulation 8 d'une part et aux longerons 40 25 et 42 par les articulations 43, 44, 45, 46 d'autre part, l'ensemble constituant ainsi un châssis articulé autour d'un axe sensiblement longitudinal tout en maintenant en coopération avec les longerons 40 et 42 le parallélisme des essieux 2 et 3. Cette invention permet donc de remplacer efficacement les quatre suspensions primaires en une unique suspension, composée des deux dispositifs de suspension 6, 7 30 et de l'articulation élastique 8, donc d'alléger sensiblement le bogie. Le bogie a été décrit comme comprenant deux moteurs et des axes de roues indépendants et distincts reliés chacun à un moteur par deux réducteurs. Il est cependant entendu que l'invention s'applique également à des bogies ne comprenant qu'un moteur entraînant en rotation un seul essieu ou ne comprenant pas de moteur, dans le cas d'un 35 bogie porteur. L'invention s'applique également à un bogie comprenant un arbre reliant les deux roues d'un essieu et relié au moteur par l'intermédiaire d'un seul réducteur. REVENDICATIONS1.- Bogie (1) de véhicule ferroviaire comprenant deux paires de roues (12, 13, 14, 15), les roues (12, 13, 14, 15) d'une paire étant reliées l'une à l'autre par un dispositif de liaison (18, 20) pour former un essieu (2, 3), lesdits essieux (2, 3) étant reliés l'un à l'autre par un châssis (4), chacun des essieux (2, 3) étant articulé au châssis (4) autour d'un axe (C-C') sensiblement parallèle à l'axe des essieux (2, 3), caractérisé en ce que : le bogie (1) comprend deux dispositifs de suspension principale (6, 7), chacun étant relié d'une part à un essieu différent (2, 3), et d'autre part à une articulation élastique (8) formant une suspension du châssis (4) par rapport aux essieux (2, 3). 2.- Bogie selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'articulation élastique (8) s'étend sensiblement au droit du centre du bogie (1). 3.- Bogie selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les dispositifs de suspension (6, 7) comprennent chacun une partie extrême (48, 50) en forme de fourche comprenant deux branches (51, 52) fixées au dispositif de liaison (18, 20) de l'essieu (2, 3) correspondant. 4.- Bogie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'articulation élastique (8) entre les deux dispositifs de suspension (6, 7) est un cylindre en caoutchouc évidé. 25 5.- Bogie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'articulation élastique (8) entre les deux dispositifs de suspension (6, 7) comprend un ressort. 6.- Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les 30 dispositifs de liaison (18, 20) comprennent chacun un moteur (30 ,32) et un réducteur (35, 36, 37, 39), tel que l'axe du dispositif de liaison (18, 20) est sensiblement parallèle et décalé au moins longitudinalement par rapport à l'axe des roues (A-A'). 7.- Bogie selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe du dispositif de 35 liaison (18, 20) de chaque essieu (2, 3) est plus proche du centre de gravité du bogie (1) que l'axe de la paire de roues correspondante (A-A'). 20 3031490 7 8.- Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les essieux (2, 3) comprennent chacun une partie non tournante (26, 28) à laquelle est fixé le dispositif de suspension (6, 7) correspondant à l'essieu (2, 3). 5 9.- Bogie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bogie (1) comprend deux longerons (40 ,42) s'étendant de part et d'autre des essieux (2, 3), dont chaque dispositif de liaison (18, 20) est articulé à une extrémité de chaque longeron (40, 42). 10 10.- Véhicule ferroviaire comprenant au moins un bogie (1) selon l'une des revendications 1 à 9. 15