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Perfectionnements aux roues pour locomotives ou autres applications et procédé,.. pour la fabrication de ces roues.
Les figures 1 et 2 du dessin ci-joint repré- sentent respectivement en élévation et en coupe une roue en acier moulé pour locomotive, fabriquée par les procédés biari connus. Cette roue comporte un moyen 1, une manivelle 2, un contrepoids 3, et enfin une jante 4 reliée au moyeu par vingt bras 5.
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J\&t4-z Cette :Ug"tl!'!fe présente ainsi des éléments d'd- paisseurs métalliques très inégales :le moyeu 1 et le contrepoids 3 sont des masses beaucoup plus épais- ses que les bras 5 et la jante 4: il en résulte de
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grosses difficultés de fabrication. En effet, la roue, au moment de la solidification de l'pcier, est soumise à des efforts de retrait importais : il y a d'abord un retrait circonférentiel 6 de la jante vers le moyen, un retrait circonférentiel 7 du moyeu vers son centre; des retraits 8 et 9 du contrepoids 3 vers son centra, enfin des retraits 10 de chaque bras 5 vers son centre.
Ces derniers retraits 10 résultent du fait que la partie centrale de chaque bras 5 se refroidit la plus vite, car elle est la plus éloignée à. la fois du métal en coure de refroidissement pour constituer la jante 4 et du métal en cours de refroidissement pour constituer le moyen 1.
En rdsumé, il se produit dans la. roue des retrait et des efforts irrégulièrement répartis.
On a. déjà. remédié en partie à Ces difficultés en ce qui concerne le contrepoids 3, en ménagenang à l'intérieur du moule, avant la coulée, des blocs en acier refroidisseurs 11 (fig. 1) qui activent le refroidisse- ment du contrepoids 3 et régularisent le retrait de la pièce. On a anssi ménagé à l'aide d'un noyau une chambre 12 (fig. 2) à l'intérieur du contrepoids, cette chambre étant replie, après le moulage, d'une masse de métal fondu additionnel, de plomb par exemple, ce dernier procédé sert à régulariser les épaisseurs de mé- tal moulé pour obtenir un refroidissement et un retrait régulier.
Mais, on n'a jamais remédié dans les roues de locomotives connues jusqu'à ce jour, à la difficulté suivante : le centre des bras 5 qui est la partie de ces bras la plus refroidie et par suite la plus rapi- dement solidifiée, exerce une forte traotion suivant 10
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sur une zone 15 de la masse de métal non encore soli- difié qui va constituer le moyeu 1.
La masselotte 16, a bien pour rôle d'ali- menter constamment en métal fondu la masse 1 en cours de refroidissement, mais étant donné le nombre des zones d'arrachement 15 (en nombre égal au nombre des bras 5), la faible étendue de ces zones 15 et l'état du métal pâteux qui constitue à ce moment le moyeu 1, il arrive que l'action de la masselotte 16 est insuf- fisante pour combattre la traction des bras 5 sur le moyeu l; ces tractions ont parfois pour effet de pro- duire des oriques 17 sur le moyeu 1.
Ces criques 17 ne peuvent plus se ressouder à cause de l'oxydation qui s'est produite instantanément lors du refroidissement prématuré des bras par rapport celui du moyeu.
Dans ces conditions, le moyeu peut ne plus présenter la solidité voulue pour transmettre en toute sécurité à la jante les efforts considérables auxquels il est soumis; par suite des vibrations, il peut se dilater sur son axe et se décaler, ce qui, dans les roues de locomotives, peut provoquer des accidenta graves. C'est pour cette raison que les ingénieurs en Chef des grandes Compagnies de Chemins de fer, qui ont la responsabilité du matériel roulant, se montrent aussi difficiles pour accepter ces pièces,, à tel point qu'ils n'en autorisent même pas la réparation par soudure auto- gène, ce qui fait que les Soieries ont un grand déchet.
On sait aussi que la jante 31 des corps de roues à disque, en acier laminé ou moulé, actuellement en usage, et notamment ceux pour matériel roulant de chemins de fer, est racoordée de chaque oôté du disque 32 (fig. 3) par un fort congé 33 formant une suré- paisseur de métal, circulaire qui occasionne, pour les
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roues en acier moulé, lors du refroidissement du métal, une succion située approximativement en 34 dans le milieu, de ce raccordement.
D'autre part le disque 32 étant plus mince que le raccordement de la jante et du disque, le métal de ce disque se refroidit plus rapidement que le métal de ce raccordement, ce qui provoque des tensions molé- cula ires T ( fig. 4). De plus, le sabledu moule oppose une certaine résistance R au retrait (20m/m par mètre) que subit la jante au moment de sa solidi- fication.
Ces deux efforts T et R s'ajoutant pour donner naissance à des criques ou déchirures 35 (fig.
4 et 5) dans les régions où le métal n'est pas encore suffisamment solidifié .
On sait enfin que les contrepoids venus de fonte avec les corps de roues actuellement comas, no- tamment ceux pour matériel roulant de chemins de fer, sont de grande dimension et très volumineux par rapport au bras ou disque auquel. ces contrepoids sont attachés.
De ce fait, leur refroidissement est beaucoup plus lent et produit des tensions énormes sur les parties plus minces de la pièce qui se refroidissent prématurément; il en résulte des criques ou déchirures à la jonction des bras sur le moyeu, sur la jante et sur le contre- poids, ainsi qu'à l'extrémité, de ce contrepoids se rac- cordant à la jante.
D'autre part ces tensions auxquelles viennent s'ajouter les efforts exercés par la force centrifuge dûs à la grande vitesse de rotation de ces masses, font parfois détacher la jante formant volant, ou le contre- poids, des bras ou du disque auxquels ils sont rattachés.
Pour éviter ces inconvénients on procède de deux façons :
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1 .- On évide l'intérieur de ce contrepoids au moyen de noyaux en sable placés dans le moule, dont la sortie s'effectue après la coulée par une ou plusieurs ouvertures menaces sur une de ses faces. On emplit cette cavité avec un métal à base de plomb. Cette ou- verture est ensuite refermée par une plaque rivée ou tout autre moyen. Cette façon de procéder nécessite des frais de main d'oeuvre considérables et l'emploi d'un métal à base de plomb qui se sémite en service par suite des chocs, ce qui produit des à coups déplaçant le centre de gravité. De plus, le plomb est très coûteux.
2 .- Un place dans les moules avant la coulée du métal des blocs en acier; mais ceux-ci n'étant pas compressibles, le métal coulé n'effectue pas librement à certains endroits son retrait de 20 m/m par mètre lors de son refroidissement: par suite ce métal se dé- ahire on se crique, ce qui compromet la sécurité de la pièce et il arrive parfois que ces blocs, par les efforts exercés par la force centrifuge due à la vitesse de rota- tion des roues, font détacher les jantes ou contrepoids.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients précédents.
Elle concerne d'abord une roue pour locomo- tive ou autres applications, caractérisée par ce quun certain nombre de bras, au lieu de relier la jante au moyeu en s'attachant directement au moyeu, sont au con- traire greffés sur un bras adjacent, de telle sorte que l'on réduit le nombre de points d'attache des bras sur le moyeu et par suite le nombre de zones d'arrachement de ces bras sur ce moyeu au moment de la solidification, la masselotte ponvant alors alimenter sans difficulté ce petit nombre de zones d'arrachement et éviter la for- mation de criques sur le moyeu.
Suivant une forme de réalisation particulière de cette roue chaque branche reliant un bras à un é- @
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lément adjacent de la roue, tel que bras, moyeu, jante... est constituée pur deux joues longitudinales, otest-à- dire parallèles au plan de la roue, et raccordées à cet élément adjacent, ce qui supprime toute surépaisseur à ce racoordement et y évite la formation de oriques et de déchirures.
L'invention s'étend asei à une roue à dis-' que pour matériel roulant de chemin de fer ou autres applications, caractérisée par ce que le disque se rac- corde à la jante par deux joues formant uneante creuse, ce qui évite toute surépaisseur de métal à ce raccorde- ment, et par suite tout risque de oriques et de déchi- rures.
L'invention s'étend également à un procédé de fabrication de pièces en acier moulé, notamment des roues pour matériel roulant, procédé caractérisa par ce que l'on place dans le moule, avant la coulée du métal, des armatures en anier qui partaient la masse de métal coulé en veines d'épaisseurs faibles et régulières, ces armatures présentant des épaisseurs et dimensions les rendant compressibles, c'est-à-dire leur permettant de suivre les contractions du métal coulé pendant sa soli- dification, cette disposition assurant par suite le refroidissement uniforme et régulier de la pièce en acier 'Moulé, ce (lui évite les criques et les déchirures et donne à cette pièce to te la sécurité dont elle a besoin,, étant donné les efforts importants auxquels elle peut être soumise.
L'invention s'étend aussi à d'autres caracté- ristiques ci-q rès décrites et à leurs diverses combinai- sons.
Des roues le locomotives conformes à l'invention sont représentées à titre d'exemple sur les dessins oi-
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joints dans lesquels :
La fig. 6 est une élévation d'une roue con- forme à l'invention.
La fig. 7 est une coupede cette roue suivant la ligne brisée 7.7.7. de la fig. 6.
La fig. 8 est une élévation d'une autre roue de locomotive conforme à l'invention.
La fig. 9 est une coupe développée de cette roue suivant la ligne 9-9 de la fig. 8.
La fig, 10 est une coupe axiale de cette roue suivant la ligne lU-10 de la fig. 8.
La fig. Il est une coupe partielle de la roue par un plan perpendiculaire à l'axe.
La fig. 12 est une autre coupe partielle de la roue, dans la région du moyeu.
La fig. 13 est une élévation avec coupe partielle d'une variante de l'invention.
La fig, 14 est une coupe partielle développée suivant la ligne 14-14 de la fig. 13.
La fig. 15 est une coupe de la roue suivant la ligne 15-la de la fig. 13.
La fig. 16 est une élévation d'une autre variante de l'invention.
La fig. 17 est une coupe de cette variante suivant la ligne 17-17 de la fig. 16.
La fig. 18 est une élévation d'une autre variante de l'invention.
La fig. 19 est une coupe partielle et déve- loppée de cette variante suivant la ligne 19-19 de la fig. 18.
La fig. est une coupe axiale suivant la ligne 20-20 de la fig. 18.
La fig. 21 est une élévation avec coupe par- tielle d'une roue à disque conforme à l'invention.
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La fig. 22 est une coupe transversale de cette roue suivant la ligne 22-22 de la fig. 21.
La fip. 23 est une coupe partielle déve- loppée suivant la ligne 23-33 de la fig. 21.
La fig. 24 est une coupe transversale à plus grande échelle montrant l'assemblage du bandage etde la jante.
La fige 25 est une élévation d'une roue de locomotive fabriquée suivant le procède conforme à l'invention.
La fig. 26 est une coupe de cette roue suivant la, ligne 26-L6 de la fig. 25.
La fig. 27 est une élévation d'un volant fabriqué lui aussi par le procédé faisant l'objet de l'invention.
La fig. 28 est une demi-coupe de ce volant suivant la, ligne 28-28 de la. fig. 27,
La fig. 29 est une coupe développée suivant la ligne 29-29 de la fig. 27.
La fig. 30 représente en coupe partielle les armatures superpos es placé es dans le fond du moule avant la coulée.
La fig. 31 est une vue en plan correspon- dante .
La roue représenté sur les fig. 6 et 7 com- porte deux séries de bras 51 et 52; les bras 51 sont directement attachés au moyeu 1 tandis que les bras 5ê sont greffés sur les deux bras adjacents 51 par deux branches 201, 20ê, ces deux branches ménageant entre elles et le moyeu 1 un espace libre triangulaire 21.
De plus, en face de chaque bras 5ê est ménagé dans la jante 4 un évidement 25.
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Enfin chaque bras 5 , au lieu de se brancher directement sur la jante 4 se replie à cette jante par deux branches 221, 22ê, ménageant entre elles un espace triangulaire libre 23.
Ces dispositions diverses assurent les avan- tages techniques suivants :
D'abord le nombre des points d'attache sur le moyeu 1 est réduit à la moitié du nombre des bras, les bras 51 s'attachant seuls sur ce moyeu, par conséquent le nombre des zones d'arrachement 15 est lui aussi réduit de moitié. Ces zones 15 en nombre ainsi res- treint, se trouvent régulièrement alimentés endant la so- lidification par la masselotte 16, ce qui évite toute formation de criques sur le moyeu 1.
De plus, les évidements 25 ménagés dans la jante en face de chaque bras 52 évitent la succion du métal, suivant 10 à l'intersection des bras et de la jante.
Enfin, les bras 51 étant reliés à la jante non pas directement, mais par l'intermédiaire des bran- ches 221,22ê, présentent une élasticité comparable à celle des bras 5ê, malgré le mode de jonction bien dif- férent des bras 51, 52 et du moyeu, 1.
La roue de locomotive ainsi réalisée permet d'éviter les criques du moyeu, tout en laissant à tons les bras des élasticités voisines.
La roue de locomotive des fig. de 8 à 10 présente, confie celle décrite ci-dessus, des bras 51, 5ê; les bras 51 s'attachent directement au moyeu 1, tandis que chaque brau 5ê est greffé sur les deux bras adjacents 51 par deux branches 201, 20ê.
Les bras 51 sont reliés à la jante 4, par
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des branches ï2 , 1 -,2i:;, chacune des branches PZ 1 222 est constituée par deux joues longitudinales 33 \ .33 , cteet-il-dire située dan le plan de la roue, ces joues se raccordant d'une part à la jante 4 et d'autre part au bras 5 (fig. 11) .
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0ettc disposition per'let de supprimer toute surépaisseur de métal au raccordement entre le bras et la jante; on évite ainsi les succions, les criques et les déchirures, lors de la solidification du natal coule.
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De plus, le8 joues longitudinales 361, 3!2 constituant chaque branche ;
21, 22ê, forment en quelque sorte une Toute interposée entre les bras succes-
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aifs ol, 3, cette voûte aupportant efficacement la jante entre les axes o x1, o x 2 de deux bras suc- cossiis. De ce fait, la distance A B, qui repré- cente en quelque sorte la, partie séparant deux points , d'appui successifs de la jante sur deux bras successifs,
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se trouve réduite notabl Ol1ent, ce qui permet de dimi- nuer le nombre total des bras tout en respectant la portée réglementaire et conventionnelle de la jante.
Les joues longitudinales qui constituent chaque branche 221, 22ê augmentent aussi la résis-
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tance à. l'nrraohemcnt des bras 5 dans le sens de la rotation.
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On peut aussi accroître l'épaisseur js de la jante 4 et de la joue longitudinale 331 à l'ap- plomb du bourrelet 34 du bandage 35, ce qui permet de régulariser la preacion du bandage sur toute la lar- geur de la jante et d'obtenir un meilleur frettage,
D'ailleurs l'espace libre triangulaire 23
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ménagé entre les branches 23 , 222 'lSUf9:t?m9mlliJ aa tore-- -if Rd.t'dt donne toujours à. la jante une élasticité
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convenable au moment de la mise en place du bandage à ohaud .
La disposition de joues longitudinales 33 , @ 30 est applicable pour constituer non seulement les
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branahes fi.2, .û2 qui relient leu bras 5 l 5 a la jante 4, mais aussi les branches 20 1 20ê qui re- lient chaque bras de la série 5ê aux deux bras ad- jacents de la série 51; cette disposition est bien visible sur la fige 12 du dessin ci-joint.
L'ouverture triangulaire 21 toujours ména-
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gée dans les joues 3T à82 entre les branches 201 202, uvuIôJ? é ent &\i 1;..o..s!f'' j,J.!Í.u(i facilite également le retrait lors du refroidissement et de la solidifica- tion du métal et donne à la roue l'élasticité désirée lors du calage de l'essieu.
L'invention s'étend évidemment à une roue pré- sentant le dispositif de raccord à joues longitudinales 331, soit pour le raccord des bras 5 à la jante (fig. 11) , soit pour le raccord de certains bras aux bras rattachés directe ,ent au moyeu (fig. 12), soit à la fois pour ces deux raccords ( fig. 8).
Notamment, dans le cas de roues de moindre diamètre ne comportant qu'un nombre réduit de bras 5, on pourra rattaoher tous ces bras directement au moyeu 1 (fig. de 13 à 15) et raccorder chaque bras 5 à la jante par des branches 221, 22ê à l'espace libre triangulaire 23, chacune de ces branches étant consti- tuée par deux joues longitudinales 331, 33ê conformé- ment à la présente invention.
Dans l'exemple précédent (fig. de 8 à 12) on a supposé que chaque bras 5ê se composait d'une partie oentrale en métal plein terminée à chaque extré- mité par des joues longitudinales 331, 33ê qui raccor- dent cette partie oentrale les unes à la jante 4 et
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les autres au bras se rattachant directement au moyen
1.
On peut réduire de plus en plus la partie pleine centrale en développant au contraire de plus en plus les joues longitudinales 3.31, 33ê. On obtient enfin (fig. 16 et 17) une roue dont chaque bras 51, 5 est constitué simplement par deux joues longitudinal les 331 33ê, qui attendent du moyeu 1 à la jante 4 et se raocordent à ce moyeu et à cette jante, ces deux joues! étant elles- mêmes raccordées l'une à l'autre par une entretoise 35;
cette entretoise, de forme ellip- tique par exemple, est creuse intérieurement, de manière à ne pas former d'intersection et rend les deux jouera
33133ê solidaires l'une de l'autre. De plus, la forme allongée, par exemple elliptique, donnée à cette entre- toise facilite la pénétration du bras dans l'air et réduit la résistance opposée par le bras dans la rota- tion et 1'entraînement des poussières.
Cette forme de réalisation dont le métal est déployé dans le sens longitudinal permei également de réduire encore davantage le nombre de bras 5 tout en respectant la distance réglementaire séparant les points d'appui de la jante sur deux bras consécutifs.
Elle augmente la résistance des bras à l'arrachement dans le sens de la rotation. La jante et le moyeu sont beaucoup mieux maintenus par lesdits bras. Elle permet aus i d régulariser la pression du bandage en augmentant l'épaisseur de la jante et des joues du côté du bourrelet de ce bandage, oomme il a été expliqué précédemment. Enfin, les ouvertures triangulaires 21, 23, ménagées dans le milieu des joues à. proximité du moyeu 1 '.et de la jante 4 facilitent le retrait du métal lors de son refroidissement et donnent l'élas- ticité désirée lors de la mise en place du. bandage con-
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formément aux dispositions déjà décrites à l'aide desi fig. 6 et 7.
La disposition des fig. 16 et 17 a été décrite en supposant qu'une seule entretoise 35 était ménagée entre les deux joues 331, 33ê constituant chaque bras 5. Toutefois, on peut évidemment prévoir plusieurs entretoises 35 pour un même bras 5.
On peut aussi modifier la forme donnée à l'entretoise qui, au lieu d'être elliptique, ,peut pré- senter une forme allongée quelconque lui assurant une pénétration facile dans l'air.
Dans le cas de roues dont le diamètre faible ne nécessite qu'un petit nombre de bras ( fig. de 18 à 20) on peut encore constituer chaque bras par les deux joues longitudinales 331, 33ê, comme il a été expliqué à l'aide des fig. 16 et 17, à cela près que ces joues se raccordent directement au moyeu 1. Cette disposi- tion présente encore les avantages techniques exposés ci-dessus.
La roue à disque représentée sur les fig, de 21 à 24 comporte un disque 32 formant le corps de la roue; ce disque 32 est renforcé, dans le sens latéral à sa jonction au moyeu, par des nervures rayonnantes 38 placées de distance en distance suivant les besoins.
Ces nervures n'occasionnent ni crique, ni déchirure sur le moyeu dont le développement circulaire et par suite le retrait sont insignifiants. Le disque 32 qui est raccordé à la jante 34 et dont la partie centrale constitue le moyeu présente une forme générale bombée, ce qui facilite le retrait du métal lors de son refroidissement et donne l'élasticité désirée lors de la mise en place du bandage à chaud pour obtenir un bon frettage
Le disque 32 est relié à la jante 31 par
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deux joues 391, 39ê, de manière à constituer une jante creuse bien visible sur la fier. 2. Le mou- lage est obtenu par la réunion d'une série de moyeux que l'on peut retirer par des ouvertures 40 ménagées de place en pla.ce dans la paroi extérieure de la jante.
Cette disposition assure de nombreux avantages.
D'abord on évite toute surépaisseur au rac- cordement entre le disque 32 et la jante 31 ; lemétal d'épaisseur à peu près constante se refroidit donc à des vitesses sensiblement voisines, ce qui évite les tensions moléculaires lors de la solidification.
De plus, les joues 391 39ê étant fortement inclinées par rapport au disque 32, le sable du moule glisse sur ces joues et n'y produit que des résistances fai- bles, Ces résistances du sable s'exeroent d'ailleurs sur des parties métalliques d'épaisseurs faibles qui, par suite, se solidifient rapidement et peuvent suppor-. ter ces résistances du sable sans se déchirer.
Le dispositif décrit à l'aide des fig. de 8 à Il permet d'éviter les criques et les déchirures de métal au raccordement entre le disque et la jante. De plus, la. jante, prenant appui sur le disque 32 par les deux joues inclinées 391 39ê, résiste dans des conditions beaucoup meilleures au frettage; cette dis- position permet de plus de régulariser la preesion du. bandage 42 sur toute la ,jante en augmentant l'épais- seur de la joue 39 du coté du bourrelet 43 du ban- dage (fig.24).
Pour fabriquer la roue de locomotive des fig. 25 et 26 suivant le procédé auquel s'étend l'in- vention, on dispose dans le moule des armatures 51 en acier dont la forme est choisie de manière telle que l'ensemble de ces armatures reproduit le profil général du contrepoids de la roue de locomotive. par
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exemple certaines de ces armatures sont de forme géné- rale trapézoïdale, tandis que les armatures extrêmes sont triangulaires.
Les épaisseurs et dimensions de ces armatures sont choisies de manière à ménager entre elles des es- paoes libres 52 doht l'épaisseur soit voisine de celle des éléments adjacents de la roue, des bras et de la jante par exemple.
Ces espaces libres 52 sont d'ailleurs dans le prolongement des bras 53 de la roue, dans le but exposé ci-après.
L'épaisseur et les dimensions des armatures 51 sont choisies de telle sorte que ces armatures sont compressibles, c'est-à-dire qu'elles suivent les con- tractions du métal coulé pendant sa solidification.
Les espaces libres intérieurs 54 ménagés dans les armatures 51 peuvent être compartimentés par des oloisons 55 'ménagées dans les armatures 51.
La masse de métal fondu versée dans le moule, se répand dans le réseau d'espaces libres 52, 54 ménagés entre les armatures; cette masse se trouve donc divisée en veines élémentaires d'épaisseurs faibles, de telle sorte que tous les éléments de la roue se trou- vent en même temps refroidis et solidifiés.
Les armatures 51 suivent les mouvements de contraction de la masse de métal fondu et n'opposent par suite aucun obstacle au retrait de ce métal.
Certains espaces libres, tels que 52, se trouvant disposés suivant les rayons 53, on obtient une roue dont les rayons, d'une seule venue de fonte, traversent le contrepoids reliant le moyeu à la jante, ce qui accroît encore la solidité de cette rouée
Le procédé conforme à l'invention remplace avantageusement les procédés antérieurement connus dans
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lesquels l'intérieur des parties épaisses des pièces coulées, par exemple la jante et le contrepoids d'une roue est évidé par mise en place d'un moyeu avant la coulée, ces évidements étant ensuite remplis par un métal à base de plomb, puis refermée par un dispositif approprié, par exemple par une joue rapportée.
De plus, ce procédé assure la fabrication des pièces coulées à parties massives telles que jantes, contrepoids, etc... sans modifier les dimensions, ni les formes de ces parties, qui ont été déterminées par des études laborieuses et dont la construction des mo- dèles a été très coûteuse.
Enfin, dans la mise en oeuvre de ce procédé il n'est plus nécessaire de placer des masselottes aussi importantes pour alimenter le métal pendant son retrait.
On peut appliquer le procédé faisant l'objet de l'invention à la coulée de pièces moulées de natures très différentes. Par exemple les fig. de 27 à 29 re- présentent un volant de machine motrioe dont la jante eat obtenue à l'aide de deux séries d'armatures 511, 51ê disposées en quinconce les unes par rapport aux autres dans deux plans symétriques du plan médian x x' du volant.
La disposition des éléments superposés permet de diminuer la hauteur de ces éléments 511, 51ê, afin de les rendre plus souples lors du refroidissement du métal.
La mise en oeuvre du procédé est dans ce cas tout à fait analogue à oelle déjà décrite en détail à l'aide des fig. 25 et 26.
Les armatures en acier 51ê placées dans le fond du moule avant la coulée reposent sur des pieds 6 de forme ronde ou carrée (fig. 30,31) tandis que
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les armatures 511 qui leur sont superposées reposent sur la face supérieure des armatures du bas 512 par l'intermédiaire de pieds 57 pour obtenir l'épaisseur du métal coulé entre chaque élément.
L'invention s'étend non seulement aux procédés ci-dessus décrits, mais aussi aux pièces de fonderie.. obtenues à l'aidede ces procédés.
L'invention s'étend aux dispositifs et aux procédés ci-dessus décrits, quelle que soit l'appli- cation particulière de la roue, notamment cette roue, au lieu d'être une roue de locomotive pourrait être une molette pour machine d'extraction de mines, un volant de machine motrice, etc...
REVENDICATIONS
1 .- Roue pour locomotive ou autres applioa'- tions, caractérisée par ce qu'un certain nombre de bras (52), au lieu de relier la jante (4) au moyeu (1) en s'attachant directement à ce moyeu (1), sont au contraire greffés sur un bras adjacent (51), de telle sorte que l'on réduit le nombre des points d'at- tache des bras (51, 5ê) sur le moyeu (1) et par suite le nombre des zones d'arrachement (15) de ces bras sur ce moyeu au moment de la solidification, la masselotte (16) pouvant alors alimenter sans diffi- 'cuité ce petit nombre de zones d'arrachement (15) et éviter la formation de oriques (17) sur le moyeu (1).
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Improvements to wheels for locomotives or other applications and method, .. for the manufacture of these wheels.
Figures 1 and 2 of the accompanying drawing show in elevation and in section, respectively, a cast steel wheel for a locomotive manufactured by known biari methods. This wheel includes means 1, a crank 2, a counterweight 3, and finally a rim 4 connected to the hub by twenty arms 5.
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J \ & t4-z This: Ug "tl! '! Fe thus presents elements of very unequal metal thicknesses: the hub 1 and the counterweight 3 are masses much thicker than the arms 5 and the rim 4 : it results from
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big manufacturing difficulties. Indeed, the wheel, at the time of solidification of the steel, is subjected to importais withdrawal forces: there is first a circumferential withdrawal 6 of the rim towards the means, a circumferential withdrawal 7 of the hub towards its center; withdrawals 8 and 9 of the counterweight 3 towards its center, and finally withdrawals 10 of each arm 5 towards its center.
These last withdrawals 10 result from the fact that the central part of each arm 5 cools the fastest, because it is the furthest away. both metal in the process of cooling to constitute the rim 4 and of the metal in the course of cooling to constitute the means 1.
In summary, it occurs in the. wheel of irregularly distributed shrinkage and forces.
We have. already. partially remedied These difficulties with regard to the counterweight 3, by arranging inside the mold, before casting, the cooling steel blocks 11 (fig. 1) which activate the cooling of the counterweight 3 and regulate the withdrawal of the part. A chamber 12 (fig. 2) has been provided with the aid of a core inside the counterweight, this chamber being folded up, after molding, with an additional mass of molten metal, lead for example, the latter process serves to regularize the thicknesses of the molded metal to achieve regular cooling and shrinkage.
However, in the wheels of locomotives known to date, the following difficulty has never been remedied: the center of the arms 5 which is the part of these arms which is the most cooled and consequently the most rapidly solidified, exerts a strong traotion following 10
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on a zone 15 of the mass of metal not yet solidified which will constitute the hub 1.
The weight 16 has indeed the role of constantly supplying molten metal to the mass 1 during cooling, but given the number of tearing zones 15 (in number equal to the number of arms 5), the small extent of these zones 15 and the state of the pasty metal which at this time constitutes the hub 1, it happens that the action of the weight 16 is insufficient to combat the traction of the arms 5 on the hub 1; these pulls sometimes have the effect of producing oriques 17 on hub 1.
These cracks 17 can no longer be re-welded because of the oxidation which occurred instantaneously during the premature cooling of the arms relative to that of the hub.
Under these conditions, the hub may no longer have the required strength to safely transmit to the rim the considerable forces to which it is subjected; as a result of vibrations, it can expand on its axis and shift, which, in the wheels of locomotives, can cause serious accidents. It is for this reason that the chief engineers of the large railway companies, who are responsible for the rolling stock, are so difficult to accept these parts, to such an extent that they do not even allow them to be released. repair by autogenous welding, which means that the silks have a great waste.
It is also known that the rim 31 of the bodies of disc wheels, in rolled or molded steel, currently in use, and in particular those for railway rolling stock, is connected on each side of the disc 32 (FIG. 3) by a strong fillet 33 forming an extra thickness of metal, circular which causes, for the
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cast steel wheels, when the metal cools, a suction located approximately at 34 in the middle of this connection.
On the other hand, the disc 32 being thinner than the connection between the rim and the disc, the metal of this disc cools more quickly than the metal of this connection, which causes molecular tensions T (fig. 4). ). In addition, the sand of the mold opposes a certain resistance R to the shrinkage (20 m / m per meter) that the rim undergoes at the time of its solidification.
These two forces T and R being added to give rise to cracks or tears 35 (fig.
4 and 5) in regions where the metal is not yet sufficiently solidified.
Finally, we know that the counterweights made of cast iron with the wheel bodies currently comas, in particular those for railway rolling stock, are of large size and very bulky compared to the arm or disc to which. these counterweights are attached.
As a result, their cooling is much slower and produces enormous stresses on the thinner parts of the part which cool prematurely; this results in cracks or tears at the junction of the arms on the hub, on the rim and on the counterweight, as well as at the end of this counterweight connecting to the rim.
On the other hand, these tensions, to which are added the forces exerted by the centrifugal force due to the high speed of rotation of these masses, sometimes detach the rim forming the flywheel, or the counterweight, from the arms or the disc to which they are attached.
To avoid these drawbacks, we proceed in two ways:
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1 .- The interior of this counterweight is hollowed out by means of sand cores placed in the mold, the exit of which takes place after casting through one or more openings threatened on one of its faces. This cavity is filled with a lead-based metal. This opening is then closed by a riveted plate or any other means. This way of proceeding requires considerable labor costs and the use of a lead-based metal which semites in service as a result of shocks, which produces jolts moving the center of gravity. In addition, lead is very expensive.
2 .- A place in the molds before the casting of the metal of the steel blocks; but since these are not compressible, the cast metal does not freely shrink by 20 m / m per meter in certain places when it cools: as a result this metal breaks apart and cracks, which compromises the safety of the part and it sometimes happens that these blocks, by the forces exerted by the centrifugal force due to the speed of rotation of the wheels, detach the rims or counterweights.
The object of the present invention is to avoid the above drawbacks.
It relates firstly to a wheel for locomotive or other applications, characterized in that a certain number of arms, instead of connecting the rim to the hub by attaching directly to the hub, are on the contrary grafted onto an adjacent arm. , so that the number of attachment points of the arms on the hub and consequently the number of tearing areas of these arms on this hub at the time of solidification is reduced, the weight then being able to feed without difficulty this small number of tear-off zones and avoid the formation of cracks on the hub.
According to a particular embodiment of this wheel, each branch connecting an arm to an e- @
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adjacent element of the wheel, such as arm, hub, rim ... is made up of two longitudinal cheeks, ie parallel to the plane of the wheel, and connected to this adjacent element, which eliminates any extra thickness at this connection and avoids the formation of oriques and tears.
The invention also extends to a disc wheel for railway rolling stock or other applications, characterized in that the disc is connected to the rim by two cheeks forming a hollow face, which avoids any extra thickness of metal at this connection, and consequently any risk of oriques and tears.
The invention also extends to a method of manufacturing cast steel parts, in particular wheels for rolling stock, a method characterized by placing in the mold, before the casting of the metal, steel reinforcements which left the mass of metal cast in veins of small and regular thicknesses, these reinforcements having thicknesses and dimensions making them compressible, that is to say allowing them to follow the contractions of the cast metal during its solidification, this arrangement ensuring as a result the uniform and regular cooling of the molded steel part, this (avoids it cracks and tears and gives this part all the security it needs, given the important stresses to which it can be subjected.
The invention also extends to other features described above and to their various combinations.
The locomotive wheels according to the invention are shown by way of example in the drawings oi-
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joints in which:
Fig. 6 is an elevation of a wheel according to the invention.
Fig. 7 is a section of this wheel along the broken line 7.7.7. of fig. 6.
Fig. 8 is an elevation of another locomotive wheel according to the invention.
Fig. 9 is a developed section of this wheel along line 9-9 of FIG. 8.
Fig, 10 is an axial section of this wheel along the line U-10 of fig. 8.
Fig. It is a partial section of the wheel by a plane perpendicular to the axis.
Fig. 12 is another partial section of the wheel, in the region of the hub.
Fig. 13 is an elevation in partial section of a variant of the invention.
Fig, 14 is a partial section developed along line 14-14 of fig. 13.
Fig. 15 is a section of the wheel taken along line 15-la of FIG. 13.
Fig. 16 is an elevation of another variation of the invention.
Fig. 17 is a section of this variant taken along line 17-17 of FIG. 16.
Fig. 18 is an elevation of another variation of the invention.
Fig. 19 is a partial and developed section of this variant taken on line 19-19 of FIG. 18.
Fig. is an axial section taken on line 20-20 of FIG. 18.
Fig. 21 is an elevation in part section of a disc wheel according to the invention.
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Fig. 22 is a cross section of this wheel taken along line 22-22 of FIG. 21.
The fip. 23 is a partial section taken along the line 23-33 of FIG. 21.
Fig. 24 is an enlarged cross section showing the assembly of the tire and the rim.
Fig 25 is an elevation of a locomotive wheel manufactured according to the process according to the invention.
Fig. 26 is a section of this wheel on line 26-L6 of FIG. 25.
Fig. 27 is an elevation of a steering wheel also manufactured by the method forming the subject of the invention.
Fig. 28 is a half section of this flywheel on the line 28-28 of the. fig. 27,
Fig. 29 is a section developed along line 29-29 of FIG. 27.
Fig. 30 shows in partial section the superimposed reinforcements placed es in the bottom of the mold before casting.
Fig. 31 is a corresponding plan view.
The wheel shown in Figs. 6 and 7 comprises two sets of arms 51 and 52; the arms 51 are directly attached to the hub 1 while the arms 5ê are grafted onto the two adjacent arms 51 by two branches 201, 20ê, these two branches leaving between them and the hub 1 a triangular free space 21.
In addition, in front of each arm 5ê is formed in the rim 4 a recess 25.
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Finally, each arm 5, instead of being connected directly to the rim 4, is folded back to this rim by two branches 221, 22ê, leaving between them a free triangular space 23.
These various provisions provide the following technical advantages:
First, the number of attachment points on the hub 1 is reduced to half the number of arms, the arms 51 only attaching to this hub, consequently the number of tear-off zones 15 is also reduced by half. These zones 15, which are thus limited in number, are regularly supplied with the solidification by the weight 16, which prevents any formation of cracks on the hub 1.
In addition, the recesses 25 formed in the rim opposite each arm 52 prevent the suction of the metal, following 10 at the intersection of the arms and the rim.
Finally, the arms 51 being connected to the rim not directly, but by means of the branches 221, 22ê, have an elasticity comparable to that of the arms 5ê, despite the very different junction mode of the arms 51, 52 and the hub, 1.
The locomotive wheel thus produced makes it possible to avoid cracks in the hub, while leaving the arms with similar elasticities.
The locomotive wheel of fig. from 8 to 10 present, entrusts the one described above, arms 51, 5ê; the arms 51 are attached directly to the hub 1, while each brau 5ê is grafted onto the two adjacent arms 51 by two branches 201, 20ê.
The arms 51 are connected to the rim 4, by
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branches ï2, 1 -, 2i:;, each of the branches PZ 1 222 is constituted by two longitudinal cheeks 33 \ .33, that is to say situated in the plane of the wheel, these cheeks being connected on the one hand to the rim 4 and on the other hand to the arm 5 (fig. 11).
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0ettc provision per'let to remove any extra thickness of metal at the connection between the arm and the rim; sucking, cracking and tearing is thus avoided when the natal sinks solidify.
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In addition, le8 longitudinal cheeks 361, 3! 2 constituting each branch;
21, 22ê, form a sort of whole interposed between the successive arms
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aifs ol, 3, this arch effectively bringing the rim between the axes o x1, o x 2 of two successive arms. Therefore, the distance A B, which in a way represents the part separating two points of successive support of the rim on two successive arms,
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is significantly reduced, which makes it possible to reduce the total number of arms while respecting the regulatory and conventional range of the rim.
The longitudinal cheeks which constitute each branch 221, 22ê also increase the resistance
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tance to. the nrraohemcnt of the arms 5 in the direction of rotation.
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It is also possible to increase the thickness js of the rim 4 and of the longitudinal cheek 331 in line with the bead 34 of the tire 35, which makes it possible to regularize the preacion of the tire over the entire width of the rim and to obtain a better hooping,
Besides the triangular free space 23
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arranged between the branches 23, 222 'lSUf9: t? m9mlliJ aa torus-- -if Rd.t'dt always gives to. the rim elasticity
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suitable when putting on the hot bandage.
The arrangement of longitudinal cheeks 33, @ 30 is applicable to constitute not only the
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branahes fi.2, .û2 which connect their arms 5 l 5 to the rim 4, but also the branches 20 1 20ê which connect each arm of the series 5ê to the two adjacent arms of the series 51; this arrangement is clearly visible on fig 12 of the attached drawing.
The triangular opening 21 always mena-
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age in the cheeks 3T à82 between the branches 201 202, uvuIôJ? é ent & \ i 1; .. o..s! f '' j, J.! Í.u (i also facilitates shrinkage during cooling and solidification of the metal and gives the wheel the elasticity desired when setting the axle.
The invention obviously extends to a wheel having the coupling device with longitudinal flanges 331, either for the connection of the arms 5 to the rim (fig. 11), or for the connection of certain arms to the directly attached arms, ent to the hub (fig. 12), or both for these two connections (fig. 8).
In particular, in the case of wheels of smaller diameter having only a reduced number of arms 5, all these arms can be attached directly to the hub 1 (fig. 13 to 15) and each arm 5 connected to the rim by branches 221, 22ê to the triangular free space 23, each of these branches being constituted by two longitudinal cheeks 331, 33ê in accordance with the present invention.
In the previous example (fig. 8 to 12) it was assumed that each arm 5ê consisted of a solid metal central part terminated at each end by longitudinal cheeks 331, 33ê which connect this central part. one at rim 4 and
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the others to the arm directly attached to the means
1.
The central solid part can be reduced more and more by developing, on the contrary, more and more the longitudinal cheeks 3.31, 33ê. Finally, (fig. 16 and 17) a wheel is obtained, each arm 51, 5 of which is simply constituted by two longitudinal cheeks 331 33ê, which await from the hub 1 to the rim 4 and are connected to this hub and to this rim, these two cheeks! being themselves connected to one another by a spacer 35;
this spacer, elliptical in shape for example, is hollow internally, so as not to form an intersection and makes the two play
33133ê integral with one another. In addition, the elongated, for example elliptical, shape given to this spacer facilitates the penetration of the arm into the air and reduces the resistance offered by the arm in the rotation and entrainment of the dust.
This embodiment, the metal of which is deployed in the longitudinal direction, also makes it possible to further reduce the number of arms 5 while respecting the regulatory distance separating the support points of the rim on two consecutive arms.
It increases the resistance of the arms to tearing in the direction of rotation. The rim and the hub are much better maintained by said arms. It also makes it possible to regulate the pressure of the tire by increasing the thickness of the rim and of the cheeks on the side of the bead of this tire, as has been explained previously. Finally, the triangular openings 21, 23, formed in the middle of the cheeks. The proximity of the hub 1 'and of the rim 4 facilitate the withdrawal of the metal during its cooling and give the desired elasticity during the installation of the. bandage con-
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formally with the arrangements already described with the aid of fig. 6 and 7.
The arrangement of fig. 16 and 17 has been described assuming that a single spacer 35 was formed between the two cheeks 331, 33ê constituting each arm 5. However, one can obviously provide several spacers 35 for the same arm 5.
It is also possible to modify the shape given to the spacer which, instead of being elliptical, may have any elongated shape ensuring it easy penetration into the air.
In the case of wheels whose small diameter requires only a small number of arms (fig. 18 to 20), each arm can still be formed by the two longitudinal cheeks 331, 33ê, as was explained using of fig. 16 and 17, except that these cheeks are connected directly to the hub 1. This arrangement also has the technical advantages set out above.
The disc wheel shown in Figs, 21 to 24 comprises a disc 32 forming the body of the wheel; this disc 32 is reinforced, in the lateral direction at its junction to the hub, by radiating ribs 38 placed at intervals as required.
These ribs do not cause cracks or tears on the hub, the circular development and consequently the shrinkage of which are insignificant. The disc 32 which is connected to the rim 34 and whose central part constitutes the hub has a generally convex shape, which facilitates the removal of the metal during its cooling and gives the desired elasticity when the tire is put in place. hot to get a good hoop
The disc 32 is connected to the rim 31 by
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two cheeks 391, 39ê, so as to constitute a hollow rim clearly visible on the proud. 2. The molding is obtained by bringing together a series of hubs which can be removed through openings 40 made from place to place in the outer wall of the rim.
This arrangement provides many advantages.
First, any extra thickness is avoided at the connection between the disc 32 and the rim 31; The metal of approximately constant thickness therefore cools at substantially similar speeds, which avoids molecular tensions during solidification.
In addition, the cheeks 391 39ê being strongly inclined with respect to the disc 32, the sand of the mold slides on these cheeks and produces only weak resistances there. These sand resistances are exeroex moreover on metal parts. of small thicknesses which, consequently, solidify quickly and can support. remove these resistances from the sand without tearing.
The device described with the aid of FIGS. from 8 to It prevents cracks and metal tears at the connection between the disc and the rim. In addition, the. rim, bearing on the disc 32 by the two inclined cheeks 391 39ê, resists under much better conditions shrinking; this arrangement also makes it possible to regularize the pre- sence of. bandage 42 over the entire rim by increasing the thickness of the cheek 39 on the side of the bead 43 of the bandage (fig.24).
To make the locomotive wheel of fig. 25 and 26 according to the method to which the invention extends, steel reinforcements 51 are placed in the mold, the shape of which is chosen such that all of these reinforcements reproduce the general profile of the counterweight of the wheel. locomotive. through
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example some of these reinforcements are generally trapezoidal in shape, while the extreme reinforcements are triangular.
The thicknesses and dimensions of these reinforcements are chosen so as to provide between them free spaces 52 having the thickness close to that of the adjacent elements of the wheel, of the arms and of the rim, for example.
These free spaces 52 are moreover in the extension of the arms 53 of the wheel, for the purpose explained below.
The thickness and the dimensions of the reinforcements 51 are chosen such that these reinforcements are compressible, that is to say that they follow the contractions of the cast metal during its solidification.
The free interior spaces 54 formed in the frames 51 can be compartmentalized by oloisons 55 ′ formed in the frames 51.
The mass of molten metal poured into the mold spreads into the network of free spaces 52, 54 formed between the reinforcements; this mass is therefore divided into elementary veins of small thickness, so that all the elements of the wheel are at the same time cooled and solidified.
The reinforcements 51 follow the contraction movements of the mass of molten metal and consequently do not oppose any obstacle to the withdrawal of this metal.
Certain free spaces, such as 52, being arranged along the spokes 53, one obtains a wheel whose spokes, of a single coming of cast iron, pass through the counterweight connecting the hub to the rim, which further increases the strength of this wheel
The method according to the invention advantageously replaces the methods previously known in
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in which the interior of the thick parts of the castings, for example the rim and the counterweight of a wheel is hollowed out by fitting a hub before casting, these recesses then being filled with a lead-based metal, then closed by an appropriate device, for example by an added cheek.
In addition, this process ensures the manufacture of castings with massive parts such as rims, counterweights, etc. without modifying the dimensions or the shapes of these parts, which have been determined by laborious studies and whose construction of the mo - dèles was very expensive.
Finally, in the implementation of this method, it is no longer necessary to place such large weights to feed the metal during its withdrawal.
The method forming the subject of the invention can be applied to the casting of molded parts of very different types. For example, figs. from 27 to 29 represent a motorized machine flywheel whose rim is obtained using two series of reinforcements 511, 51ê arranged staggered with respect to each other in two symmetrical planes of the median plane xx 'of the flywheel .
The arrangement of the superposed elements makes it possible to reduce the height of these elements 511, 51ê, in order to make them more flexible during the cooling of the metal.
The implementation of the method is in this case quite similar to that already described in detail with the aid of FIGS. 25 and 26.
The steel frames 51ê placed in the bottom of the mold before casting rest on feet 6 of round or square shape (fig. 30,31) while
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the frames 511 which are superimposed on them rest on the upper face of the lower frames 512 by means of feet 57 to obtain the thickness of the metal cast between each element.
The invention extends not only to the above-described methods, but also to castings obtained using these methods.
The invention extends to the devices and methods described above, whatever the particular application of the wheel, in particular this wheel, instead of being a locomotive wheel could be a knurling wheel for a machine. mining, a driving machine flywheel, etc.
CLAIMS
1 .- Wheel for locomotive or other applioa'- tions, characterized by that a certain number of arms (52), instead of connecting the rim (4) to the hub (1) by attaching directly to this hub ( 1), are on the contrary grafted onto an adjacent arm (51), so that the number of attachment points of the arms (51, 5ê) on the hub (1) and consequently the number tear-off zones (15) of these arms on this hub at the time of solidification, the weight (16) then being able to feed without difficulty this small number of tear-off zones (15) and avoid the formation of oriques (17) on the hub (1).