Brevet FR3056541A1 — publié le 20180330

Douille cisaillable d'attelage ferroviaire La présente invention concerne une douille cisaillable comprenant : - un corps creux en forme de tube définissant un espace intérieur sensiblement cylindrique traversant selon un axe, le corps étant destiné à être reçu axialement dans un logement formé dans un support; - une tête en saillie dans au moins une direction radiale, la tête étant destinée à recevoir une contrainte axiale de cisaillement exercée par le support ; et - une partie affaiblie reliant la tête au corps ; la douille étant adaptée pour présenter un seuil de rupture prédéterminé, au- dessus duquel la contrainte axiale conduit à une rupture mécanique de la partie affaiblie. L'invention concerne aussi un dispositif d'attelage ferroviaire, apte à lier entre eux deux véhicules ferroviaires. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle douille. Les douilles de ce type sont notamment employées dans l'industrie ferroviaire, en conjonction avec des ensembles boulon-écrou, pour assembler les systèmes d'attelages sur les véhicules. De manière connue, les attelages de véhicules ferroviaires comprennent un certain nombre de dispositifs jouant un rôle d'absorption d'énergie en cas de chocs. Ces systèmes peuvent être réversibles, par exemple des amortisseurs élastiques ou pneumatiques, ou bien fusibles, comme des tubes déformables ou des douilles cisaillables. Les douilles cisaillables présentent une partie affaiblie entre le corps creux et la tête, qui peut se rompre lorsque les contraintes mécaniques transmises par l'attelage dépassent un seuil prédéterminé, par exemple en cas de choc de très forte intensité, et ainsi détacher l'attelage du véhicule ferroviaire, réduisant les dégâts matériels et les chances d'accidents de voyageurs. Il est connu de réaliser cette partie affaiblie en réduisant par usinage rotatif l'épaisseur de la liaison entre la tête et le corps de base. L'épaisseur restante à cisailler de la liaison entre la tête et le corps de la douille définit alors le seuil de rupture mécanique. Néanmoins, ce type de douille ne permet pas d'obtenir une grande précision dans la détermination du seuil de rupture, notamment pour les basses valeurs de seuil, qui nécessitent de ne garder qu'une très faible épaisseur pour la partie affaiblie. Ainsi, un but de l'invention est de fournir une douille cisaillable avec une valeur de seuil de rupture précise et répétable, et ce même pour de basses valeurs de seuil. 3056541 2 A cet effet, l'invention a pour objet une douille du type précité, caractérisée en ce que la partie affaiblie comporte une pluralité de perforations adaptées pour réduire le seuil de rupture. Selon des modes de réalisation particuliers, la douille selon l'invention présente 5 l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) indépendamment ou selon toute combinaison techniquement réalisable : - les perforations sont formées par électroérosion ; - les perforations sont distribuées régulièrement autour de l'axe le long de la partie affaiblie ; 10 - les perforations sont des conduits parallèles à l'axe et débouchent sur deux côtés opposés de la partie affaiblie ; - chaque perforation présente une dimension radiale constante et une dimension circonférentielle avantageusement supérieure à 5 fois la dimension radiale ; et - les perforations sont identiques. 15 L'invention a aussi pour objet un dispositif d'attelage ferroviaire comportant deux membres, chaque membre étant apte à être assemblé à un véhicule ferroviaire par un support présent à une première extrémité du membre, par l'intermédiaire d'au moins un système de fixation engagé dans un logement du support, chaque membre présentant une attache à son extrémité libre, chaque attache étant apte à coopérer avec l'autre 20 attache pour lier les deux membres, chaque système de fixation comprenant un boulon engagé dans une douille selon l'invention, le boulon étant apte à coopérer avec un écrou pour fixer la première extrémité sur le véhicule ferroviaire. L'invention a en outre pour objet un procédé de fabrication d'une douille selon l'invention, comprenant les étapes suivantes : 25 - fourniture d'une douille vierge en métal conducteur, comprenant : - le corps ; - la tête ; et - une partie vierge reliant la tête au corps ; - usinage d'une pluralité de perforations à travers la partie vierge, les perforations 30 étant régulièrement réparties autour du corps le long de la partie vierge, pour obtenir la partie affaiblie. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé selon l'invention présente la caractéristique suivante : - l'étape d'usinage suit un procédé par électroérosion comprenant les étapes 35 suivantes : 3056541 3 - immersion de la douille vierge dans un bain contenant un liquide diélectrique ; - positionnement d'une électrode d'usinage en regard de la partie vierge ; et 5 - usinage de la pluralité de perforations dans la partie vierge, en générant périodiquement une décharge électrique dans le liquide diélectrique situé entre la douille vierge et l'électrode d'usinage, et en enfonçant l'électrode d'usinage dans la douille vierge entre chaque génération de décharge électrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, 10 donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'un ensemble de deux véhicules ferroviaires reliés par un système d'attelage selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessous en perspective du dispositif d'attelage 15 représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un système boulon-écrou engagé dans une douille selon l'invention et contribuant à l'assemblage du système d'attelage représenté sur la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective de la douille représentée sur la figure 3 ; et 20 - la figure 5 est une vue en coupe de la douille représentée sur les figures 3 et 4. Comme représenté sur la figure 1, un train 10 comporte au moins deux véhicules ferroviaires 12, comprenant chacun une caisse 14 métallique portée par des roues 16 montées sur des bogies 18. Les véhicules ferroviaires 12 sont raccordés entre eux par un système d'attelage 20. 25 Le système d'attelage 20 comporte deux membres 22, chaque membre 22 étant lié à la caisse 14 d'un unique véhicule ferroviaire 12 par une première extrémité 23, et présentant une attache 24 à son extrémité libre. L'attache 24 est apte à se lier de manière réversible à l'attache 24 identique de l'autre membre 22, afin de raccorder les deux véhicules ferroviaires 12. 30 Comme représenté sur la figure 2, la première extrémité 23 présente une platine 26 métallique de forme sensiblement rectangulaire, présentant quatre orifices de fixations 28 au niveau des coins. Le membre 22 est engagé dans une ouverture 29 d'un panneau 30 de la caisse 14. L'ouverture 29 est par exemple sensiblement rectangulaire, et ouverte sur au moins 35 un bord du panneau 30 afin de permettre le passage du membre 22. 3056541 4 La platine 26 est plus large que l'ouverture 29, de sorte que des bords de la platine 26 dépassent de l'ouverture 29 et sont en appui sur le panneau 30, du côté opposé au membre 22. La platine 26 est fixée au panneau 30 par des systèmes de fixation 36 engagés 5 dans les orifices 28 et dans des orifices correspondants du panneau 30. Le système de fixation 36, représenté sur la figure 3, comporte un boulon 38 engagé dans une douille 40 engagée dans l'orifice 28. Le boulon 38 traverse la platine 26 et le panneau 30 de la caisse 14 pour venir coopérer à son extrémité libre avec un écrou 44 situé du côté opposé du panneau 30. Avantageusement, la douille 40 est engagée 10 dans une rondelle 46 positionnée contre la platine 26. Le système de fixation 36 est de nature fusible, c'est-à-dire qu'il est adapté pour se rompre lorsqu'il est soumis à une contrainte mécanique dépassant un seuil prédéterminé, et ainsi libérer le système d'attelage 20 de la caisse 14 en dissipant une partie de l'énergie mécanique sous forme de chaleur. 15 La douille 40, représentée sur les figures 4 et 5, est un élément fusible du système de fixation 36. Elle est par exemple en acier. La douille 40 comprend un corps 50 creux en forme de tube, par exemple sensiblement cylindrique, d'axe X-X, présentant une première extrémité 52 et une deuxième extrémité 54. Le corps 50 définit un espace intérieur 56 sensiblement 20 cylindrique, d'axe X-X, débouchant à la première extrémité 52 et à la deuxième extrémité 54. Ainsi, le corps 50 présente un diamètre externe, ainsi qu'un diamètre interne inférieur au diamètre externe. Le diamètre externe du corps 50 est inférieur ou égal au diamètre de l'orifice 26. 25 Par exemple, le diamètre interne du corps 50 est de 30 mm, et le diamètre externe du corps 50 est de 45 mm, le diamètre de l'orifice 26 étant également de 45 mm. La tête du boulon 38 a un diamètre supérieur au diamètre interne du corps 50, mais inférieur au diamètre de l'orifice 26. Par exemple, la tête du boulon 38 a un diamètre de 40 mm. 30 Une tête 58 de forme aplatie est raccordée à la deuxième extrémité 54 du corps 50 par l'intermédiaire d'une partie affaiblie 60. La tête 58 fait saillie selon au moins une direction radiale R, orientée perpendiculairement à l'axe X-X. La tête 58 est ainsi apte à venir en appui contre la platine 26, par l'intermédiaire de 35 la rondelle 46, et à empêcher le passage du système de fixation 36 à travers l'orifice 28. La tête 58 est également apte à recevoir une contrainte axiale de cisaillement exercée par 3056541 5 la platine 26 selon la direction de l'axe X-X lorsque le système de fixation 36 est soumis à un effort mécanique. Dans l'exemple représenté, la tête 58 est en forme de couronne cylindrique, d'axe X-X, avec un diamètre interne et un diamètre externe supérieur à son diamètre interne. Le 5 diamètre interne de la tête 58 est sensiblement égal au diamètre externe du corps 50. La tête 58 fait alors saillie dans toutes les directions normales à l'axe X-X. Le diamètre externe de la tête 58 est supérieur au diamètre de l'orifice 28. Ainsi, la tête 58 empêche le passage du système de fixation 36 à travers l'orifice 28. Par exemple, le diamètre interne de la tête 58 est de 50 mm et le diamètre externe 10 de la tête 58 est de 65 mm. En variante, la tête 58 comporte un ou plusieurs secteurs de couronne cylindrique, qui font saillie selon une ou plusieurs directions normales à l'axe X-X. Selon une autre variante, la tête 58 comporte une ou plusieurs languettes qui s'étendent selon une ou plusieurs directions normales à l'axe X-X. 15 Avantageusement, la tête 58 dépasse de la deuxième extrémité 54 du corps 50 dans la direction de l'axe X-X, pour former un siège 62, dans lequel la tête du boulon 38 vient en appui lorsque le système de fixation 36 est inséré dans l'orifice 28. La partie affaiblie 60 présente, selon l'invention, une pluralité de perforations 70, distribuées régulièrement autour de l'axe X-X le long de la partie affaiblie 60. 20 Les perforations 70 sont des conduits parallèles à l'axe X-X, de section constante en forme de secteur de couronne, s'étendant le long du corps 50. Les perforations 70 débouchent de deux côtés opposés de la partie affaiblie 60. Les perforations 70 présentent une dimension radiale e, par exemple l'épaisseur de la section, et une dimension circonférentielle I, par exemple la longueur de la section. 25 Avantageusement, la dimension circonférentielle I de chaque perforation 70 est supérieure à la dimension radiale e, par exemple 5 fois supérieure, notamment 10 fois supérieure. La dimension radiale e des perforations 70 est par exemple inférieure à 5 mm, avantageusement inférieure à 3 mm. 30 Dans l'exemple représenté, la partie affaiblie 60 présente huit perforations 70 identiques. Le nombre de perforations 70 peut varier, tout comme leurs dimensions radiales et leurs dimensions circonférentielles. Avantageusement, les perforations 70 sont identiques les unes aux autres. Les perforations 70 réduisent la résistance mécanique de la partie affaiblie 60 aux 35 efforts de cisaillement selon la direction de l'axe X-X. 3056541 6 Plus particulièrement, la douille 40 présente un seuil de rupture prédéterminé, au- dessus duquel les contraintes mécaniques de cisaillement appliquées entre le corps 50 et la tête 58, dans la direction de l'axe X-X, conduisent à la rupture de la partie affaiblie 60. Le seuil de rupture dépend directement du rapport entre la circonférence de la 5 partie affaiblie 60 occupée par les perforations 70, et la circonférence totale de la partie affaiblie 60. Plus ce rapport est proche de 1, plus le seuil de rupture est faible. La rupture de la partie affaiblie sous l'effet de contraintes mécaniques de cisaillement entraine la séparation de la tête 58 et du corps 50, et le glissement du corps 50 et du boulon 38 dans l'orifice 28. 10 La rupture des parties affaiblies de chaque douille 40 des systèmes de fixation 36 participe ainsi au décrochement du système d'attelage 20 du panneau 30. Un procédé de fabrication de la douille 40 va maintenant être décrit. Le procédé comprend une étape préliminaire de fourniture d'une douille vierge en métal conducteur, comprenant un corps 50 et une tête 58 comme décrit précédemment, reliés entre eux par 15 une partie vierge semblable à la partie affaiblie 60 à la différence que la partie vierge ne présente pas de perforations 70. Une pluralité de perforations 70 est alors usinée à travers la partie vierge, les perforations étant régulièrement réparties autour du corps 50 le long de la partie vierge, pour obtenir la partie affaiblie 60. 20 L'usinage de la pluralité de perforation est par exemple réalisé par un procédé par électroérosion décrit ci-dessous. La douille vierge est connectée électriquement à une première borne d'un générateur électrique, et plongée dans un bain de liquide diélectrique. Une électrode d'usinage est connectée à une deuxième borne du générateur 25 électrique. L'électrode présente une extrémité formant une face plane de section identique à la section prévue pour les perforations 70. L'extrémité de l'électrode d'usinage est approchée de la douille vierge du côté de la deuxième extrémité 54 du corps 50. La face plane de l'électrode d'usinage est positionnée à proximité de la partie vierge, en regard d'un emplacement destiné à 30 recevoir une des perforations 70. Par exemple, la distance entre la face plane de l'électrode d'usinage et la partie vierge est de 100 Le générateur est actionné pour augmenter la différence de potentiel électrique entre la douille vierge et l'électrode d'usinage, jusqu'à la formation d'une décharge électrique dans le liquide diélectrique séparant la face plane de l'électrode d'usinage et la 35 douille vierge. La décharge électrique arrache des particules de matière de la zone vierge, 3056541 7 qui vont se déposer au fond du bain, et forme ainsi une cavité. La profondeur de la cavité est de l'ordre de 50 lm. L'électrode d'usinage est alors déplacée vers la cavité d'une distance égale à la profondeur de la cavité. 5 Les étapes de génération d'une décharge électrique et de déplacement de l'électrode d'usinage sont alors réitérées jusqu'à l'usinage complet d'une perforation 70. L'ensemble du processus d'usinage d'une perforation 70 est alors réitéré pour la réalisation de chacune des perforations 70 de la partie affaiblie 60. La fabrication de la douille 40 par un procédé d'électroérosion permet d'obtenir 10 une précision très importante sur les dimensions des perforations 70, par exemple de l'ordre de la dizaine de microns. Ainsi, le seuil de contraintes mécaniques déclenchant a rupture de la douille 40 est maitrisé avec précision, ce qui est particulièrement avantageux pour atteindre des valeurs basses pour ce seuil de rupture. En variante, la pluralité de perforations 70 est réalisée suivant un procédé 15 d'usinage connu, comme par exemple par fraisage. REVENDICATIONS1. Douille (40) cisaillable comprenant : - un corps (50) creux en forme de tube définissant un espace intérieur (56) sensiblement cylindrique traversant selon un axe (X-X), le corps (50) étant destiné à être reçu axialement dans un logement (28) formé dans un support (26) ; - une tête (58) en saillie dans au moins une direction radiale (R), la tête (58) étant destinée à recevoir une contrainte axiale de cisaillement exercée par le support (26) ; et - une partie affaiblie (60) reliant la tête (58) au corps (50) ; la douille (40) étant adaptée pour présenter un seuil de rupture prédéterminé, au- dessus duquel la contrainte axiale conduit à une rupture mécanique de la partie affaiblie (60), caractérisée en ce que la partie affaiblie (60) comporte une pluralité de perforations (70) adaptées pour réduire le seuil de rupture. 2. Douille (40) selon la revendication 1, dans laquelle les perforations (70) sont formées par électroérosion. 3. Douille (40) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle les perforations (70) sont distribuées régulièrement autour de l'axe (X-X) le long de la partie affaiblie (60). 4. Douille (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les perforations (70) sont des conduits parallèles à l'axe (X-X) et débouchent sur deux côtés opposés de la partie affaiblie (60). 5. Douille (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque perforation (70) présente une dimension radiale (e) constante et une dimension circonférentielle (I) avantageusement supérieure à 5 fois la dimension radiale (e). 6. Douille (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les perforations (70) sont identiques. 7. Système d'attelage (20) ferroviaire comportant deux membres (22), chaque membre (22) étant apte à être assemblé à un véhicule ferroviaire (12) par un support (26) 3056541 9 présent à une première extrémité (23) du membre (22), par l'intermédiaire d'au moins un système de fixation (36) engagé dans un logement (28) du support (26), chaque membre (22) présentant une attache (24) à son extrémité libre, chaque attache (24) étant apte à coopérer avec l'autre attache (24) pour lier les deux membres (22), chaque système de 5 fixation (36) comprenant un boulon (38) engagé dans une douille (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le boulon (38) étant apte à coopérer avec un écrou (44) pour fixer la première extrémité (23) sur le véhicule ferroviaire (12). 8. Procédé de fabrication d'une douille (40) selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes : - fourniture d'une douille vierge en métal conducteur, comprenant : - le corps (50) ; - la tête (58) ; et - une partie vierge reliant la tête (58) au corps (50) ; 15 usinage d'une pluralité de perforations (70) à travers la partie vierge, les perforations étant régulièrement réparties autour du corps (50) le long de la partie vierge, pour obtenir la partie affaiblie (60). 9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, dans lequel l'étape d'usinage 20 suit un procédé par électroérosion comprenant les étapes suivantes : - immersion de la douille vierge dans un bain contenant un liquide diélectrique ; - positionnement d'une électrode d'usinage en regard de la partie vierge ; et - usinage de la pluralité de perforations (70) dans la partie vierge, en générant périodiquement une décharge électrique dans le liquide diélectrique situé entre la douille 25 vierge et l'électrode d'usinage, et en enfonçant l'électrode d'usinage dans la douille vierge entre chaque génération de décharge électrique.