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DISPOSITIF ARTICULE DE GUIDAGE ET DE SUSTENTATION
D'UN VEHICLE FERROVIAIRE
La presente invention est relative ä un dispositif articulé de guidage et de sustentation d'un véhi- cule ferroviaire, dispositif constitue d'un support déformable équipé d'au moins quatre roues indépendantes et comprenant une traverse horizontale assujettie ä cette caisse du véhicule de manière ä être perpendiculaire ä l'axe longitudinal de la caisse au voisinage d'une extrémité de cette caisse ainsi que de deux longerons rigides ou articules et munis chacun d'au moins deux roues et montés dans le sens longitudinal sur des elements articules portant la traverse de part et d'autre du plan vertical susdit, de manière ä pouvoir pivoter directionnellement dans le sens des flèches Y et, d'autre part,
s'incliner dans le sens des flèches Z, afin de permettre aux roues portées par les longerons relies entre eux par une bielle montée ä rotules de suivre les courbures de la voie et de franchir les inégalités de celle-ci.
Elle trouve sa principale application dans le transport urbain, notamment lorsque le parcours présente des courbes de faible rayon, lorsque l'infrastructure de la voie requiert des dispositifs de guidage et de sustentation legers et peu encombrants, ou encore lorsque des couloirs de circulation surbaissés et de largeur importante doivent etre aménagés au droit des dits dispositifs.
On connaît déjà un grand nombre de dispositifs de sustentation de véhicules ferroviaires aptes ä assurer la stabilité dynamique de ces vehicules, tant en trajectoire rectiligne qu'en trajectoire courbe.
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Le brevet europeen no 0060 000 décrit un dispositif de sustentation et de guidage d'un véhicule ferroviaire, equipe d'au moins quatre roues montées sur un support destine ä être assujetti ä la caisse d'un véhicule, au voisinage d'une extremiste de cette caisse.
Ce dispositif est constitue d'une traverse maintenue perpendiculaire au plan vertical contenant l'axe longitudinal du véhicule et de deux longerons disposes, en position de service, dans le sens longitudinal de la caisse, de part et d'autre du plan vertical susdit. Ces longerons sont relies l'un ä l'autre par l'intermédiaire d'une tringle montée sur des rotules. Ils sont articules ä la traverse commune par des pivots verticaux susceptibles de prendre une certaine inclinaison dans le plan sensiblement vertical longitudinal. Ces pivots sont relies entre eux par des rotules et un palonnier solidaire de la traverse par un pivot perpendiculaire au plan forme par la'traverse et l'axe longitudinal du véhicule.
Dans les courbes, les longerons pivotent par rapport ä la traverse autour de pivots sensiblement verticaux et forment les côtés opposes d'un trapeze
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deformable, tandis que la traverse reste perpendiculaire l'axe longitudinal de la caisse du véhicule.
Le brevet belge 8700527 décrit un dispositif similaire A celui décrit dans le brevet européen précité. Chacun des deux longerons portant les roues independantes est constitue de deux sections articulées autour de pivots verticaux, chaque section portant au moins une roue et étant contrölee directionnellement par un systeme de tringles montées ä rotules.
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Dans les courbes, les sections de longerons pivotent par rapport ä la traverse et par rapport à leur autre section et forment les cotes de deux trapezes déformables, tandis que la traverse reste perpendiculaire ä la caisse du véhicule, l'avantage de ce second dispositif par rapport au premier étant d'orienter chaque roue de façon tangente ä la portion de voie sur laquelle elle s'appuie.
Dans les deux dispositifs, du fait que les longerons oscillent directionnellement autour de deux pivots distincts, les distances entre les plans des roues gauches et droites diminuent progessivement au départ de la circulation en ligne droite pour atteindre, en courbes serrées, des valeurs incompatibles avec celles de la voie, de façon que la circulation sur voie à faible rayon de courbure, avec rails à gorges et roues non usées est rendue impossible sans créer des coincements et risquer des déraillements.
La présente invention vise à remédier à cet inconvenient.
Elle propose un dispositif qui permet d'éloigner les pivots d'articulation des deux longerons en vue de compenser la perte d'écartement des longerons due au braquage de ceux-ci lors de l'inscription du véhicule dans une courbe et qui ramène les pivots d'articulation susdits à leur position initiale lorsque le véhicule quitte une courbe pour s'engager sur une ligne droite.
Elle a pour objet un dispositif de guidage et de sustentation d'un véhicule ferroviaire, constitué d'un support déformable ä roues indépendantes susceptibles
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de pivoter autour d'axes verticaux de façon ä s'orienter par paires ou indépendamment en fonction de la portion de voie sur laquelle elles s'appuient.
Le support déformable comprend une traverse assujettie ä une caisse du véhicule, de manière à être perpendiculaire au plan vertical contenant l'axe longitudinal du vehicule au voisinage d'une extrémité de cette caisse, ainsi que deux longerons disposes en position de service dans le sens longitudinal de la caisse, de part et d'autre du plan vertical susdit.
Ces longerons peuvent etre rigides ou formes de deux sections articulees, chaque longeron rigide portant au moins deux roues ou chaque section de longeron portant au moins une roue et pouvant osciller sur des elements articules portes par la traverse de part et d'autre du plan vertical susdit, de manière ä permettre aux roues portées par les longerons de suivre les courbures de la voie et de franchir les inégalités de celle-ci.
Ce dispositif est essentiellement caractérisé en ce que la traverse porte ä ses extrémités des pivots d'articulation de longerons ayant des positions relatives variables.
Selon une particularité de l'invention, la traverse comprend au moins un element articulé portant un des pivots d'articulation de longerons ayant des positions relatives variables.
Les longerons peuvent être rigides ou constitues de sections articulées entre elles sur des pivots sensiblement verticaux, chaque section portant au moins une roue, l'une d'elles étant montée sur la traverse par un des éléments d'articulation.
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Dans une première forme de réalisation, un des elements articules compris dans la traverse comprend : - deux pivots verticaux distincts destinés respectivement : - le premier à permettre l'orientation directionnelle du longeron par rapport ä l'element d'articulation qu'il porte ; - le second ä permettre le pivotement de la traverse par rapport ä l'element d'articulation qui la porte et - un moyen apte ä recevoir une information et ä la transmettre ä cet element articulé. de façon à permettre la correction de la distance entre les plans verticaux contenant les roues de chacun des longerons, lors de l'inscription du dispositif dans une courbe.
Dans une première forme de réalisation particuliere, un des moyens d'articulation est constitué d'un vilebrequin ä axes verticaux dont l'axe principal pivote sur la traverse, un des mannetons porte un longeron rigide ou une section de celui-ci, tandis que l'autre manneton lui oppose ä sensiblement 1800, porte une bielle montée ä rotule et s'retendant sensiblement transversalement au véhicule pour être montée ä rotule ä son autre extrémité sur un bras sensiblement perpendiculaire solidaire du longeron rigide opposé ou d'une section de celui-ci.
Dans une deuxième forme de realisation, l'element articulé est un palonnier ä trois pivots verticaux dont un axe principal sensiblement vertical
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pivote dans une traverse et dont un premier axe auxiliaire porte un longeron, tandis qu'un second axe auxiliaire sensiblement opposé ä 1800 porte une bielle montée ä rotule et s'étendant sensiblement transversalement au véhicule pour etre montée ä rotule ä son autre extrémité sur un bras sensiblement perpendiculaire solidaire du longeron rigide opposé ou d'une section de celui-ci.
Enfin, dans une troisième forme de réalisation, l'élément articulé est constitué par un pivot sensiblement vertical porté par un coulisseau monté sur la traverse et terminé par une rotule d'une bielle montée ä son autre extrémité sur un bras solidaire directionnellement du longeron et s'écartant sensiblement horizontalement et perpendiculairement au longeron de l'axe du support déformable équipé d'au moins quatre roues.
D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante des dessins annexes au present mémoire, qui illustrent schématiquement une forme de réalisation préférée du dispositif de guidage et de sustentation suivant l'invention.
Dans ces dessins : - la figure 1 est une vue en plan d'une forme de réalisation préférée du dispositif suivant l'invention, sur trajectoire rectiligne ; - la figure 2 est une vue en élévation latérale du dispositif illustré à la figure 1;
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la figure 3 est une vue en plan analogue ä celle de la figure 1, montrant les dispositifs suivant l'invention s'inscrivant dans une courbe d'une voie ferroviaire.
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la figure 4 montre un ensemble d'articulation.. à vilebrequin" ; la figure 5 montre un ensemble d'articulation"ä palonnier"; la figure 6 montre un ensemble d'articulation à coulisseau"; la figure 7 montre un ensemble d'articulation A croisillon" ; la figure 8 montre un ensemble d'articulation " à rotules" ;
la figure 9 montre deux ensembles d'articulation dont l'un résulte de la combinaison d'articulation
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ä vilebrequin ou palonnier avec un ensemble d'articulation ä rotules et l'autre est un simple pivot ; la figure 10 est une vue en plan de la forme de réalisation du dispositif selon l'invention combinée ä une réalisation des longerons en sections, contrôlée indépendamment sur le plan directionnel, engagée sur une portion de voie en ligne droite, et la figure 11 est une vue analogue ä celle de la figure 10 montrant le dispositif selon l'invention s'inscrivant dans une courbe d'une voie ferroviaire.
Dans ces différentes figures, les memes signes de référence désignent les elements identiques ou analogues.
Comme illustre aux figures 1, 2, 4 et 5, le dispositif de guidage et de sustentation, désigné dans son ensemble par le signe de référence 1 d'un véhicule ferroviaire, est un support deformable équipé d'au
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moins quatre roues independantes destine à porter une caisse ou une partie de caisse 2 du véhicule
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ferroviaire susdit.
Le plancher est montré en traits mixtes aux figures 1 et 2 susdites, au voisinage d'une extrémité de cette caisse 2. Ce dispositif 1 comprend une traverse 3 disposée perpendiculairement au plan vertical contenant l'axe longitudinal X-X'de 1a caisse 2 et deux longeron 4,44 qui, dans la position de service du dispositif, s'etendent dans le sens longitudinal de la caisse 2, de part et d'autre du plan vertical contenant l'axe longitudinal X-X'.
Chacun de ces longerons porte au minimum deux roues 5,55 et 45,65, motorisées ou non, destinées ä rouler sur les mêmes rails 6,46.
Selon une première possibilité, on prévoit sur le longeron de gauche 4, un element articulé, montre ä aux figures 1 à 6 et désigné dans son ensemble par le signe de référence 7 portant la traverse 3, de manière ä ce qu'il puisse pivoter directionnellement dans le sens des flèches Y.
Dans une première forme de realisation l'élément articule 7 est constitue par un vilebrequin 8 (figure 4) dont l'axe principal 37, sensiblement vertical, pivote dans la traverse 3, un manneton 38 pivote dans le longeron 4 et un autre manneton 39 sensiblement oppose ä 1800 pivote dans une bielle 9 par une rotule 13.
Dans une deuxième forme de realisation, illustrés ä la figure 5, l'élément articule 7 est un palonnier 17 portant la traverse 3, de manière à ce qu'il puisse y pivoter directionnellement dans le sens des flèches Y.
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Le palonnier comprend trois pivots verticaux matérialisEs par un axe principal 37 porté par la traverse 3 et par deux axes auxiliaires 38, 39, dont le premier porte un longeron 4 et le second une bielle 9 par l'intermediaire d'une rotule 13.
Dans une troisième forme de réalisation. l'element articulé 7 peut être constitué par un pivot 18 sensiblement vertical porté par un coulisseau 19 monté sur la traverse 3 et terminé par une rotule 20 pivotant dans une bielle 21, montée à rotule 20 ä son autre extremite sur un bras 22 solidaire directionnellement du longeron 44 et s'écartant sensiblement horizontalement des deux longerons 4, 44 perpendiculairement ä ceux-ci (figure 6).
Dans cette première possibilité, on prévoit sur le longeron de droite 44, comme illustre aux figures 7 et 8, un é1ément articule designe dans son ensemble par le signe de référence 47 portant la traverse 3, de manière à ce que le longeron puisse pivoter directionnellement dans le sens des flèches Y (fig. 1) et, d'autre part, s'incliner dans le sens des flèches Z. (fig. 2).
Dans une première forme de realisation illustrée ä la figure 7, l'element 47 est constitué d'un croisillon 51 présentant un axe vertical 52, pivotant dans la traverse 3 et un axe sensiblement horizontal 53 pivotant dans le longeron 44 avec lequel, en plan, il est sensiblement perpendiculaire.
Le croisillon 51 comporte un bras 12 dirigé sensiblement horizontalement et perpendiculairement au longeron 44 vers l'axe longitudinal du bogie et qui porte une rotule 13 pivotant dans une bielle 9
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precitee.
L'element articulE 47 est constitue, dans une seconde forme de realisation, d'un pivot sensiblement vertical 91 articulé ä la traverse 3, comme le montre la figure 8, par des rotules 24,26 et une bielle 23 articulée ä la traverse 3 par la rotule 25.
Le pivot 91 et la bielle 23 permettent au longeron
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44 de pivoter directionnellement dans le sens des fleches Y et, d'autre part, s'incliner dans le sens des fleches Z.
La figure 9 illustre, au côté gauche, une seconde possibilité qui résulte de la combinaison des elements articulés 7 et 47 entre eux, montes tous deux d'un seul côté du dispositif 1.
On realise cette combinaison en solidarisant l'axe vertical principal de l'element articulé 7, portant le longeron 4, a la traverse 3 ä l'aide de rotules 24, 26 et bielle 23, de maniere analogue à ce qui est illustre du côté droit de la figure 8, de manier ä accorder ä cet element articulé 7 un degré de liberté supplementaire gräce auquel on permet ce longeron, non seulement de pivoter directionnellement dans le sens des fleches Y, mais aussi de s'incliner dans le sens des fleches Z, pour reprendre une inégalité de la voie.
La double liberté du longeron 4 permet de simplifier le montage du longeron 44 pour lequel un pivot vertical 91, oscillant dans la traverse 3, suffit pour assurer le guidage directionnel dans les sens des fleches Y, dudit longeron 44, puisque la traverse 3, qui porte ce pivot vertical, peut pivoter
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dans une certaine mesure autour d'un axe sensiblement horizontal, présentant une direction transversale au rail.
Dans cette seconde possibilité de réalisation, l'element articule 7 accorde au longeron 4 deux degrés de liberté limités aux pivotements selon Y et Z tel que precite, tandis que le troisieme degré de liberté est supprimé par un bras-support 23 monté ä rotules 25 d'une part sur la traverse 3 et, d'autre part, par une rotule 26 sur l'axe vertical 37 qui porte le longeron 4.
Les rotations directionnelles du longeron 4 et 44 sont coordonnées par une seconde bielle 14 montée à rotules 15 sur des appendices 16 des longerons 4 et 44 et déterminent donc la rotation du bras 12.
La figure 3 illustre le dispositif 1 selon l'invention, illustré aux figures 1 et 2 lors de l'inscription en courbe.
Quelle que soit l'orientation de la courbure vers la gauche ou vers la droite, les deux longerons 4 et 44 oscillent directionnellement par rapport à la traverse 3 de façon coordonnée par la bielle 14 et entrainent dans leur rotation le bras 12, déplaçant la rotule 13 sur un arc et entrainant la bielle 9, qui en roulage en ligne droite était sensiblement alignée vers l'axe vertical determinant le cercle incluant cet arc.
La bielle 9 entraîne en rotation le vilebrequin 8 par son manneton 39 et déplace donc le manneton 38 et le longeron 4 qu'il porte dans une direction transversale au rail 6 vers l'extérieur de la voie, et sur une distance sensiblement proportionnelle au rayon
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de courbure de la voie, corrigeant par cette surlargeur imposée au support des roues, la diminution de largeur resultant de son oscillation.
Le support deformable equipe d'au moins quatre roues 5,55 et 45,65 selon l'invention, maintient donc automatiquement et en permanence, une largeur nominale entre roues correspondant ä la largeur de la voie.
Lors du franchissement d'un hors-plan de la voie, l'axe sensiblement horizontal 53 permet au longeron 44 d'osciller selon les flèches Z, c'est-a-dire sur un plan vertical longitudinal au véhicule par rapport ä l'ensemble du longeron 4 et de la traverse 3 qui ne presentent entre-eux qu'une seule liberte directionnelle.
Cette liberte élimine toute sollicitation en torsion au niveau des longerons et traverse, que les roues soient montées rigidement ou par l'intermédiaire de suspensions primaires sur les longerons 4,44.
Alternativement, et selon les figures 10 et 11, le bogie à roues indépendantes tel que décrit ci-avant, peut comprendre une traverse 3 et deux ensembles longerons 4,44, ces derniers etant constitues par des sections 27, 28 et 57,58 articulées entre-elles sur des pivots 29 sensiblement verticaux, chaque section portant au moins une roue 5,45 et 55, 65 et l'une d'elles étant montee sur la traverse 3 par un des éléments articules 7,47 tels que décrits ci-avant.
Les rotations directionnelles des sections 27,57 sont coordonnées par la bielle 59 montée ä rotules 15 sur les appendices 16 des dites sections et déterminent la rotation du bras 12.
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Les rotations directionnelles des sections 27,28, 57 et 58 sont coordonnées par des bielles 50 montées sur pivots 31 sur les dites sections et ä rotules 15 sur la bielle 59 précitée.
Le pivotement des deux sections autour d'un axe vertical permet d'orienter directionnellement chaque roue 5,55 et 45, 65 independamment afin de lui permettre d'approcher au mieux de la tangeante ä la section de rail sur laquelle elle s'appuie et donc en assurant une inscription correcte de celles-ci autour du centre de courbure de la voie.
Lors de l'inscription en courbe, la correction de surlargeur se fait automatiquement tel que decrit ciavant, tandis que les sections 27, 28 et 57,58 de longerons 4,44 s'orientent pour aligner automatiquement chaque roue 5, 45,55 et 65 de façon tangente ä la portion de voie sur laquelle elle s'appuie.
Le dispositif selon l'invention maintient donc automatiquement et en permanence, tant une largeur nominale entre roues 5, 45 et 55,65 correspondant à la largeur de la voie qu'un parfait alignement de celles-
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ci vers le centre instantane de rotation correspondant au centre de courbure de la voie.
La traverse 3 est positionnee par rapport ä la caisse 2 du véhicule par des bielles paralleles 32 montées ä rotules 33, les débattements latéraux étant contrôlés par un amortisseur 34 et des butées 35.
Une suspension dite secondaire entre le dispositif 1 et la caisse 2 est constituée de ressorts helicoldaux ou pneumatiques 36 montes entre la traverse 3 et la caisse 2 et d'amortisseurs 41 montes ä proximite.
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La caisse 2 du véhicule est prévue pour ménager un couloir surbaissa de largeur maximum et des volumes permettant l'installation des sieges de part et dtautre du couloir afin d'obtenir les meilleurs niveaux de confort, sécurité et habitabilité, tout en assurant sa mission structurelle.
Afin d'augmenter la largeur du couloir des patins 42 solidaires des longerons 4,44 ou sections 27,57, sont prévus pour repousser la caisse 2 en courbes serrées de façon non seulement ä la ramener dans l'axe de la traverse 3, en supprimant le jeu transversal de la suspension 36 vers l'extérieur de la courbe mais encore ä la repousser au delà de l'axe de la traverse 3 en réduisant ce jeu vers l'interieur de la courbe.
La caisse est donc repoussée vers le centre de courbure de la voie, ce qui a pour effet complementaire de réduire son gabarit vers l'extérieur de la courbe.
Chaque roue proche des moyens d'articulation 7 et portant donc une part importante des masses, peut etre montée sur un ensemble moto-réducteur 43 indépendant monté sur un longeron 4 ou 44.
Le dispositif de guidage et de sustentation qui fait l'objet de la présente invention peut être muni d'equipements auxiliaires, tels que moteurs, freins ä disques, freins ä patin magnetique sur rails, butees anti-deraillement et suspension dite primaire entre roues 5,45, 55 et 65 et longerons 4,44.
11 permet également de conserver les nombreux avantages déjà mentionnés dans le brevet européen 0 060 000 et le brevet belge 8700527 cités précédemment.
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11 est notamment susceptible d'hêtre associé au dispositif d'auto-convergence des quatre roues du bogie vers le centre instantané de rotation correspondant au centre de courbure de la voie, tel que decrit au brevet 8700527 de teile sorte que de parfaites adéquations de largeur entre roues et d'orientation de celles-ci puissent entre obtenues quelle que soit la courbure de la voie.
Le dispositif s'adapte cinématiquement sans faire apparaltre de contraintes ni d'efforts de rappel.
De ce fait, la répartition des charges entre les roues 5,45 est pratiquement independante des éléments extérieurs tels que le dévers, les inégalités de voie et les mouvements de caisse du véhicule. La stabilité dynamique est aussi améliorée et les risques de deraillement sont réduits. En outre, on engendre moins de bruit et moins d'usure des roues et des rails dans les courbes de la voie.
11 est évident que l'invention n'est pas limitée aux détails décrits plus haut pour réaliser le pivotement, l'inclinaison et l'écartement des longerons 4,44 et que de nombreuses modifications peuvent etre apportées ä ces details sans sortir du cadre de l'invention.
Les longerons 4, 44 peuvent presenter une forme differente de celle montrée aux figules 1, 2 et être par exemple rectilignes. Les roues 5, 55 et 45,65 sont alors montées du même côté du longeron 4,44.
Ils peuvent également etre portes par la traverse 3 de façon ä obtenir une distribution differente des masses sur leurs roues 5, 55 respectives.