BE1018710A3 - Appui lateral elastique pour vehicule ferroviaire, procede de fabrication d'un tel appui et vehicule ferroviaire. - Google Patents

Abstract

Appui lat‚ral ‚lastique pour v‚hicule ferroviaire, comprenant une t“le sensiblement ind‚formable (21), qui est interpos‚e entre une base (6) con‡ue pour ˆtre solidaris‚e … un bogie (14) du v‚hicule et un patin (7) destin‚ … prendre appui contre la caisse (3) du v‚hicule et qui est travers‚e par deux blocs en ‚lastomŠre thermoplastique (19, 20) ayant subi successivement une d‚formation par compression au-del… de la limite ‚lastique de l'‚lastomŠre et une d‚tente, les deux blocs ‚tant respectivement emmanch‚s sur deux barreaux sensiblement ind‚formables (13, 17), qui sont respectivement solidaires de la base (6) et du patin (7).

Description

Appui latéral élastique pour véhicule ferroviaire, procédé de fabrication d'un tel appui et véhicule ferroviaire.

Domaine de l'invention L'invention se rapporte aux véhicules ferroviaires montés sur bogies. Elle concerne plus particulièrement les appuis latéraux élastiques destinés à ces véhicules ferroviaires.

Etat de la technique - Dans les véhicules ferroviaires montés sur bogies, il est habituel de disposer des appuis latéraux élastiques (également connus sous la dénomination anglo-saxonne « constant contact side bearings ») entre les bogies et la caisse du véhicule. Ces appuis latéraux élastiques sont disposés par paires, de part et d'autre du palier d'articulation du bogie à la caisse du véhicule. Ils comprennent, de manière classique, une base fixée au châssis du bogie et un patin qui est repoussé verticalement contre le fond de la caisse du véhicule par un ressort. Leur fonction est double. D'une part, ils servent à limiter les mouvements de roulis de la caisse par rapport au bogie ; d'autre part, en exerçant un effort de friction sur la caisse, ils amortissent les oscillations de lacet du bogie autour de sa trajectoire normale sur la voie. En d'autres termes, ils stabilisent le roulement du véhicule sur la voie et, par voie de conséquence, ils permettent des vitesses de circulation plus élevées sur les voies de chemin de fer.

Un appui latéral élastique connu de ce type est décrit dans le document US 4 712 487. Dans cet appui connu, la base comprend un cylindre de section carrée contenant le ressort et le patin coulisse verticalement dans ce cylindre, à l'encontre du ressort. Le ressort est constitué d'un bloc particulier en élastomère thermoplastique, ayant successivement subi une déformation par compression au-delà de la limite élastique de 1'élastomère et une détente.

Dans cet appui connu, le patin et la paroi du cylindre sont le siège d'efforts de frottement intenses, engendrés par une combinaison des déplacements verticaux du patin dans le cylindre et des sollicitations latérales provoquées par le déplacement du véhicule, spécialement le mouvement de lacet du bogie. Ces efforts de frottements provoquent une usure progressive du patin et des parois du cylindre, entraînant un jeu excessif entre le patin et le cylindre, ce qui affecte les performances de l'appui élastique, rendant celui-ci rapidement inopérant.

Résumé de l'invention L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'appui latéral élastique connu décrit plus haut.

L'invention vise plus particulièrement à fournir un appui latéral élastique qui est peu affecté par des phénomènes d'usure et qui présente des performances améliorées et une longue durée de vie.

L'invention a aussi pour objectif de fournir un procédé de fabrication d'un tel appui latéral élastique, ainsi qu'un véhicule ferroviaire dont les performances sont améliorées.

En conséquence, l'invention concerne un appui latéral élastique pour véhicule ferroviaire, comprenant, entre une base conçue pour être solidarisée à un bogie du véhicule et un patin destiné à prendre appui contre la caisse du véhicule, un bloc en élastomère thermoplastique ayant subi successivement une déformation par compression au-delà de la limite élastique de 1'élastomère et une détente ; selon l'invention, l'appui se caractérise en ce que le bloc est emmanché sur un barreau sensiblement indéformable, solidaire de la base, en ce qu'au moins un second bloc en élastomère thermoplastique est emmanché sur un second barreau sensiblement indéformable, solidaire du patin et en ce que les deux blocs traversent une tôle sensiblement indéformable, interposée entre la base et le patin.

Description détaillée de l'invention

Dans l'appui selon l'invention, la base et le patin sont normalement deux plaques métalliques sensiblement indéformables (généralement en acier ou en fonte). La plaque formant la base est conçue pour à être solidarisée au bogie d'un véhicule ferroviaire, par exemple par boulonnage sur une traverse du châssis du bogie.

La plaque formant le patin est profilée pour venir s'appliquer sur un renfort du fond de la caisse du véhicule, au voisinage de l'axe de l'articulation du bogie au véhicule. Elle est destinée à glisser sur ce renfort, pendant la circulation normale du véhicule sur une voie de chemin de fer. A cet effet, elle est repoussée contre la caisse du véhicule au moyen d'un ressort prenant appui sur la base.

Les blocs en élastomère thermoplastique possèdent des propriétés élastiques et forment ensemble un ressort entre la base et le patin.

Par définition, un élastomère est une matière macromoléculaire présentant des propriétés élastiques. Un élastomère thermoplastique est un élastomère qui conserve des propriétés élastiques après avoir subi une déformation rémanente par fluage plastique sous l'action d'un effort de compression. Les propriétés élastiques à la compression, de 1'élastomère thermoplastique qui a subi la déformation rémanente sont normalement différentes de celles de 1'élastomère avant la déformation. Les élastomères thermoplastiques sont bien connus en technique et sont généralement des élastomères de synthèse.

Moyennant les propriétés énoncées plus haut, 1'élastomère thermoplastique des blocs n'est pas critique pour la définition de l'invention. On utilise avantageusement des polyesters thermoplastiques. Des exemples de polyesters thermoplastiques convenant pour l'invention appartiennent à la famille des copolymères d'esters de polyéthers.

Des copolymères obtenus par transestérification d'un ester dérivé d'acide phtalique, d'un glycol à faible poids moléculaire et d'un polyéther glycol conviennent bien, notamment ceux commercialisés sous la marque HYTREL® (Du Pont). Des informations concernant ces copolymères sont notamment accessibles dans le document Polymer Engineering and Science, décembre 1974, Vol. 14, n°12, pages 848 à 852, ainsi que dans le document Encyclopedia of polymer Science and Technology, Supl.

Vol. II, Wiley & Son, New York, 1977, pages 484-509.

Les élastomères connus sous la marque ARNITEL® (DSM) conviennent spécialement bien.

Dans l'appui selon l'invention, les deux blocs peuvent être réalisés dans le même élastomère thermoplastique ou dans des élastomères différents. On préfère qu'ils soient réalisés dans le même élastomère thermoplastique

Chacun des blocs en élastomère thermoplastique équipant l'appui selon l'invention a subi un traitement mécanique approprié, comprenant une déformation par compression au delà de la limite élastique de 1'élastomère thermoplastique, la compression étant suivie d'une détente du bloc. Dans la suite du présent mémoire, le traitement mécanique qui vient d'être décrit sera désigné « traitement mécanique de compression/détente » et l'expression « axe de compression » désignera la direction de l'effort de compression mis en œuvre dans le traitement mécanique de compression/détente.

A l'issue du traitement mécanique de compression/détente, le bloc en élastomère thermoplastique conserve une déformation rémanente, qui dépend de la grandeur de l'effort de compression et de 1'élastomère thermoplastique sélectionné.

Dans le traitement mécanique de compression/détente, l'effort de compression doit être supérieur à la limite élastique de 1'élastomère thermoplastique, de manière que le bloc tubulaire conserve une déformation rémanente. La grandeur optimum de l'effort de compression va dépendre de la forme et des dimensions du bloc tubulaire, ainsi que de 1'élastomère thermoplastique et des propriétés recherchées pour l'appui latéral élastique. Elle doit être déterminée dans chaque cas particulier par l'homme du métier. Des informations concernant le traitement mécanique de compression/détente sont accessibles dans les documents US-A-4 198 037, GB-A-2 180 618 et WO 98/46930. Bien que cela ne soit pas indispensable, le traitement mécanique de compression/détente peut être accompagné d'un traitement thermique approprié avant, pendant ou après avoir exercé l'effort de compression.

Des informations concernant ce traitement thermique sont accessibles dans le document US-A-4 198 037.

L'axe de compression défini plus haut est généralement rectiligne ; il est généralement confondu avec un axe de symétrie du bloc, qui, de préférence, est cylindrique.

Selon l'invention, les blocs en élastomère thermoplastique sont tubulaires et ils sont emmanchés chacun sur un barreau sensiblement indéformable. L'un des blocs est emmanché sur un barreau solidaire de la base et l'autre bloc est emmanché sur un barreau solidaire du patin.

La tôle interposée entre la base et le patin est normalement percée de deux ouvertures, qui sont traversées par les deux blocs. La tôle est habituellement une tôle en acier, bien qu'un autre matériau rigide puisse également convenir. Elle occupe normalement une position intermédiaire entre la base et le patin, de telle sorte que ses deux ouvertures soient traversées respectivement par les deux barreaux des deux blocs tubulaires.

Dans l'appui élastique selon l'invention, les deux blocs en élastomère thermoplastique constituent un ressort de compression entre la plaque et le patin, en coulissant le long des deux barreaux. La tôle et les barreaux coopèrent par ailleurs pour empêcher un déplacement latéral substantiel relatif du patin vis-à-vis de la base, pendant une utilisation normale de l'appui sur un véhicule ferroviaire.

Dans une forme de réalisation préférée de l'appui selon l'invention, les blocs tubulaires ont la forme d'un soufflet, avec un col ou rétrécissement entre deux boudins annulaires successifs. Au niveau du col, le bloc enserre le barreau sur lequel il est emmanché et il est enserré dans l'ouverture de la tôle, qu'il traverse. Toutes autres choses égales par ailleurs, cette forme de réalisation de l'invention renforce la rigidité latérale de l'appui et réduit en conséquence le jeu latéral du patin par rapport à la base.

Dans une autre forme de réalisation particulière de l'appui selon l'invention, le bloc qui est emmanché sur le barreau solidaire de la base est également emmanché sur un tenon solidaire du patin ; de manière similaire, le bloc qui est emmanché sur le barreau solidaire du patin est également emmanché sur un tenon solidaire de la base. Dans cette forme de réalisation de l'invention, les tenons sont situés dans le prolongement des barreaux, desquels ils sont suffisamment écartés pour permettre au patin et à la base d'être déplacé l'un vers l'autre pour comprimer les blocs tubulaires. La fixation des tenons à la base et au patin peut être obtenue par tout moyen adéquat, par exemple par soudage.

Dans une variante d'exécution recommandée de la forme de réalisation qui vient d'être décrite, les blocs en élastomère thermoplastique présentent un col à chaque extrémité et ces cols enserrent respectivement le barreau et le tenon sur lesquels ils sont emmanchés.

Cette forme de réalisation particulière de l'invention et sa variante d'exécution renforcent la tenue latérale de la base et du patin, en réduisant leurs déplacements latéraux relatifs.

L'appui latéral élastique selon l'invention peut comprendre plus de deux blocs en élastomère thermoplastique. En variante, elle peut également comprendre plus d'une tôle indéformable entre la base et le patin.

L'invention concerne également un procédé original pour la fabrication d'un appui latéral conforme à l'invention, selon lequel on met en œuvre un assemblage comprenant deux tubes en élastomère thermoplastique, pris en sandwich entre deux plaques métalliques et traversant deux ouvertures d'une tôle métallique interposée entre les deux plaques, l'un des tubes étant emmanché sur un barreau fixé transversalement à l'une des plaques et l'autre tube étant emmanché sur un autre barreau fixé à l'autre plaque, on rapproche les deux plaques pour comprimer les deux tubes au-delà de la limite élastique de 1'élastomère de manière à leur conférer une déformation rémanente et on relâche ensuite l'effort de compression.

Dans le procédé selon l'invention, les tubes ont de préférence un profil extérieur cylindrique droit, dont la section transversale correspond sensiblement aux ouvertures de la tôle qu'ils traversent.

Pendant l'effort de compression, les tubes subissent une contraction dans la direction de l'effort de compression et une expansion latérale, de part et d'autre des ouvertures de la tôle. Ils adoptent ainsi la forme d'un soufflet comprenant deux boudins annulaires de part et d'autre d'un col enserré élastiquement dans l'ouverture correspondante de la tôle. Après avoir exercé l'effort de compression, on relâche celui-ci.

Dans le procédé selon l'invention, les ouvertures pratiquées dans la tôle doivent par conséquent être calibrées pour permettre la formation du col précité pendant la compression et après la détente.

Dans une forme de réalisation préférée du procédé selon l'invention, les plaques mises en œuvre possèdent chacune un tenon sur lequel s'emmanche un des tubes.

L'appui latéral élastique selon l'invention est destiné à équiper des véhicules ferroviaires montés sur bogie.

L'invention concerne dès lors également un véhicule ferroviaire comprenant une caisse articulée sur au moins un bogie et, entre le bogie et la caisse, deux appuis latéraux élastiques conformes à l'invention, qui sont disposés sensiblement symétriquement de part et d'autre de l'articulation de la caisse au dit bogie.

La définition du véhicule ferroviaire et sa destination ne sont pas critiques pour la définition de l'invention. L'invention s'applique ainsi indifféremment aux voitures de chemin de fer pour le transport de voyageurs, aux wagons pour le transport de marchandises, aux engins de traction, ainsi qu'aux véhicules autotractés utilisés sur les voies de chemin de fer interurbaines ou pour les tramways urbains.

Dans le véhicule selon l'invention, les deux appuis latéraux sont disposés symétriquement de part et d'autre de l'articulation de la caisse du véhicule au bogie. On recommande que chaque appui soit positionné de telle sorte que les deux ouvertures de la tôle qui l'équipe soient sensiblement alignées parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule.

L'invention est spécialement recommandée pour les voitures destinées au transport de voyageurs et pour les wagons servant au transport de marchandises.

Brève description des figures

Des particularités et détails de l'invention vont apparaître au cours de la description suivante des figures annexées, qui représentent quelques formes de réalisation particulières de l'invention.

La figure 1 est une vue frontale d'une partie d'un bogie équipé d'une paire d'appuis latéraux élastiques ;

La figure 2 montre, en plan, une partie d'un bogie équipé d'un appui latéral élastique ;

La figure 3 est un schéma, en section transversale verticale, d'un appui latéral élastique antérieur à l'invention ; et

La figure 4 est un schéma en section transversale verticale, d'une forme de réalisation préférée de l'appui latéral élastique selon l'invention.

Les figures ne sont pas dessinées à l'échelle.

Généralement, les mêmes numéros de référence désignent les mêmes éléments.

Description détaillée de modes de réalisation particuliers A la figure 1, la notation de référence 1 désigne une traverse d'un bogie. La traverse 1 fait partie du châssis du bogie et porte, dans sa partie centrale, un élément d'articulation 2 du bogie au châssis 3 de la caisse d'un wagon de chemin de fer (non représenté). Une paire d'appuis latéraux élastiques 4 sont interposés entre la traverse 1 et le châssis 3, symétriquement par rapport a l'axe vertical 5 de rotation de l'articulation 2 .

Le bogie représenté à la figure 2 comprend un châssis 14 monté sur deux trains de roues 16 (une seule roue 16 étant représentée). La traverse 1 (schématisée à la figure 1) fait partie intégrante du châssis 14 où elle est disposée parallèlement aux deux trains de roues 16, à mi-distance de ceux-ci.

La figure 2 montre un appui latéral élastique 4 sur la traverse 1. Un second appui latéral élastique (non représenté) est situé sur la traverse 1, de telle sorte que l'articulation 2 soit sensiblement à mi-distance des deux appuis.

La figure 3 montre à plus grande échelle un appui latéral élastique antérieur à l'invention. Celui-ci comprend une plaque de base 6 et un patin 7. La plaque de base 6 est destinée à être fixée à la traverse 1 du bogie, par exemple au moyen d'un assemblage par boulons et écrous. Elle forme le fond d'un cylindre vertical 8 de section carrée, rectangulaire ou circulaire. Le patin 7 constitue la partie supérieure d'un piston 9 monté à coulissement dans le cylindre 8, à l'encontre d'un ressort de compression 10. Le ressort a pour fonction de repousser le patin 7 contre le châssis 3 de la caisse du wagon (figure 1), le patin étant profilé pour glisser sur ledit châssis 1 lorsque le bogie 14 pivote sur l'articulation 2 autour de l'axe vertical 5. Une butée centrale 12 de la base et un barreau central 13 du patin 7 limite le déplacement du piston 9 dans le cylindre 8.

Lorsqu'un wagon circule sur une voie de chemin de fer, le bogie 14 subit des rotations sur son pivot 2, autour de l'axe 5. Simultanément le piston 9 subit des déplacements alternatifs verticaux dans le sens de la flèche Z dans le cylindre 8, sous l'effet des mouvements de roulis de la caisse. Sous l'effet des rotations du bogie 14 sur le pivot 2, autour de l'axe vertical 5, le piston 9 est en outre soumis à des déplacements alternatifs dans le sens des flèches X, limités par le jeu entre le cylindre 8 etle piston 9. La combinaison de l'ensemble de ces déplacements du piston 9 engendre une usure progressive du piston 9 et des parois du cylindre 8, accentuant le jeu entre ces deux éléments de l'appui, qui devient rapidement inopérant et doit être remplacé.

L'appui latéral élastique représenté à la figure 4 est conforme à l'invention. Dans cet appui, un barreau 13 est fixé verticalement au patin 7 et un barreau similaire 17 est fixé verticalement à la base 6. Un tenon 12 est fixé à la base 6 à l'aplomb du barreau 13 et un tenon similaire 18 est fixé au patin 7, en regard du barreau 17. Un bloc tubulaire 19 est emmanché sur le barreau 13 du patin 7 et sur le tenon 12 de la base 6. De manière similaire, un bloc tubulaire 20 est emmanché sur le barreau 17 de la base 6 et sur le tenon 18 du patin 7.

Les deux blocs tubulaires 19 et 20 traversent par ailleurs deux ouvertures circulaires 26 et 27 d'une tôle métallique 21, située à mi-distance du patin 7 et de la base 6. Les barreaux 13 et 17 ont une longueur suffisante pour traverser les ouvertures 26 et 27.

Les blocs tubulaires 19 et 20 sont en élastomère thermoplastique et présentent l'aspect d'un soufflet avec deux boudins annulaires 22 séparés par un col circulaire 23 et terminés par deux cols d'extrémités 24 et 25. Le col 23 et le col 24 du bloc tubulaire 19 enserrent élastiquement le barreau 13 et son col 25 enserre élastiquement le tenon 12 de la base 6. De manière similaire, le col 23 et le col 25 du bloc tubulaire 20 enserrent élastiquement le barreau 17 et son col 24 enserre élastiquement le tenon 18 du patin 7. Par ailleurs, le col 23 du bloc 19 est enserré élastiquement dans l'ouverture 26 de la tôle 21 et le col 23 du bloc 20 est enserré élastiquement dans l'ouverture 27 de la tôle 21.

Les blocs tubulaires 19 et 20 ont été obtenus en soumettant deux tubes cylindriques droits à un traitement mécanique de compression/détente comprenant une compression du tube cylindrique au-delà de la limite de déformation élastique de l'élastomère et une détente. A l'issue du traitement mécanique de compression/détente, les tubes cylindriques conserve une déformation rémanente leur donnant l'aspect schématisé à la figure 4 et explicité plus haut.

D'une manière plus précise, pour fabriquer l'appui latéral élastique de la figure 4, on a mis en œuvre deux tubes cylindriques droits en élastomère thermoplastique. On a emmanché un des tubes sur le tenon 12 de la base 6 et l'autre tube sur le barreau 17 de celle-ci. Ensuite, on a disposé la tôle 21 en engageant les deux tubes dans ses deux ouvertures circulaires 26 et 27. Puis, on a positionné le patin 7 parallèlement à la base 6 et à la tôle 21, en engageant le barreau 13 et le tenon 18 respectivement dans les deux tubes cylindriques en élastomères thermoplastique. Par la suite, l'assemblage ainsi constitué a été introduit dans une presse, dans laquelle on a déplacé la base 6 vers le patin 7 pour comprimer les tubes cylindriques axialement au-delà de la limite de déformation élastique de l'élastomère thermoplastique et on a ensuite relâché la compression. A l'issue du traitement mécanique de compression/détente ainsi réalisé, les deux tubes ont adopté le profil en soufflet visible à la figure 4. Ils constituent deux ressorts de compression.

Pendant une utilisation normale de l'appui de la figure 4 sur un véhicule ferroviaire, la base 6 est fixée sur une traverse d'un bogie du véhicule et les ressorts 19 et 20 sont comprimés en deçà de la limite élastique de 1'élastomère, de manière à repousser le patin 7 contre le fond de la caisse du véhicule. Les déplacements du patin dans le sens des flèches X sont contrecarrés par la tôle 21 et les barreaux 13 et 17.

Claims (10)

1. Appui latéral élastique pour véhicule ferroviaire, comprenant, entre une base (6) conçue pour être solidarisée à un bogie (14) du véhicule et un patin (7) destiné à prendre appui contre la caisse (3) du véhicule, un bloc en élastomère thermoplastique ayant subi successivement une déformation par compression au-delà de la limite élastique de 1'élastomère et une détente, caractérisé en ce que le bloc (19) est emmanché sur un barreau sensiblement indéformable (13), solidaire de la base (6), en ce qu'au moins un second bloc en élastomère thermoplastique (20) est emmanché sur un second barreau sensiblement indéformable (17), solidaire du patin (7) et en ce que les deux blocs (19, 20) traversent une tôle sensiblement indéformable (21), interposée entre la base et le patin.

2. Appui selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bloc (19, 20) présente un col (23) entre deux boudins annulaires successifs (22), qui enserre le barreau (13, 17) sur lequel ledit bloc est emmanché et qui est enserré dans une ouverture correspondante (26, 27) de la tôle (21).

3. Appui selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bloc (19, 20) sont emmanchés respectivement sur deux tenons solidaires respectivement du patin (7) et de la base (6).

4. Appui selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque bloc (19, 20) présente un col (24, 25) à chaque extrémité et en ce que ces cols d'extrémité enserrent respectivement le barreau (13, 17) et le tenon (12, 18) sur lesquels ledit bloc est emmanché.

5. Procédé pour la fabrication d'un appui latéral élastique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, selon lequel on met en œuvre un assemblage comprenant deux tubes (19, 20) en élastomère thermoplastique, pris en sandwich entre deux plaques métalliques (6, 7) et traversant deux ouvertures (26, 27) d'une tôle métallique (21) interposée entre les deux plaques, l'un des tubes (19) étant emmanché sur un barreau (13) fixé transversalement à l'une des plaques (7) et l'autre tube (20) étant emmanché sur un autre barreau (17) fixé à l'autre plaque (6), on rapproche les deux plaques pour comprimer les deux tubes au-delà de la limite élastique de 1'élastomère de manière à leur conférer une déformation rémanente et on relâche ensuite l'effort de compression.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes (19, 20) sont en outre emmanchés sur des tenons (12, 18) solidaires des plaques (6, 7).

7. Véhicule ferroviaire, comprenant une caisse (3) articulée sur au moins un bogie (14) et, entre le bogie et la caisse, deux appuis latéraux élastiques (4) qui sont disposés sensiblement symétriquement de part et d'autre de l'articulation (2) de la caisse au bogie, caractérisé en ce que les appuis latéraux élastiques (4) sont conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 4.

8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux appuis latéraux (4) sont disposés de telle sorte que les ouvertures (26, 27) de leur tôle (21) soient sensiblement alignées parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule.

9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est une voiture pour voyageurs.

10. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est un wagon pour le transport de marchandises.