Perfectionnements aux suspensions de véhicules ferroviaires .
L'invention est relative aux susppnsions de véhicules. ferroviaires . Elle concerne en particulier la lutte à mener contre les oscillations latérales qui se produisent sur le véhicule; et elle concerne aussi l'aptitude du véhicule à être dirigé.
Les véhicules ferroviaires sont dynamiquement instables et les divers éléments d'un véhicule tendent à osciller latéralement quand il circule. L'effet de ces oscillations est appelé communément "mouvement de lacet" et il est fait une distinction dans la technique entre les mouvements de lacet du châssis, ceux du cadre de.bogié et ceux du train de roues.
Pour guider le véhicule, notamment en courbe, et pour 'corriger les déviations par rapport au milieu de la voie, on a trouvé qu'il était souhaitable d'utiliser, pour le train de roues,, un agencement dans lequel les roues, à surface de roulement-conique ou profilée, -sont-montées rigidement sur des essieux communs. Cet agencement est dynamiquement instable en raison de la conicité des roues et des forces de cheminement ou glissement -qui agissent entre les roues et les rails. Cette instabilité est mise en évidence par les oscillations sinusoïdales des trains de roues, dont la fréquence dépend principalement de
<EMI ID=1.1>
oscillations naturelles car ils sont reliés au châssis du véhicule par des éléments de suspension élastiques. A certaines vites.ses, les oscillations naturelles et celles qui dépendent de la vitesses se combinent et l'amplitude de l'oscillation résultante est le facteur qui limite la vitesse maximale pratique .du véhicule.
On'a découvert qu'un accroissement de conicité de la bande de roulement de la roué abaisse, et qu'un accroissement
de la contrainte longitudinale ou en inclinaison de lacet (inclinaison dans le plan de la voie) des trains de roues, augmente, la vitesse critique relative aux mouvements de lacet pour les trains de roues. Pour ces raisons, les suspensions connues utilisent des éléments longitudinaux tels que gardes d'essieu, tringles de poussée, ancrages et analogues qui sont relativement raides et des conicités de bandes de roulement de roues qui sent relativement faibles et comprises entre 1/20 et 1/40, cette dernière conicité étant utilisée pour des voitures de voyageurs à -à très-grande vitesse. Cependant, des éléments longitudinaux* *** raides s'opposent à l'inclinaison en lacet des trains de roues et le passage en courbe se fait par glissement des roues sur
les rails et, même dans des courbes peu prononcées par contact du boudin du train de roues extérieur menant avec l'intérieur
du rail.En outre, de faibles conicités de la bande de roulement ne permettent pas d'atteindre une différence correcte ou optimale entre les diamètres de roulement des roues intérieures et extérieures. C'est pourquoi, avec des suspensions classiques, il y a un conflit entre les mouvements de lacet du train de roues et l'aptitude à sa direction.
Un autre problème posé par les conceptions classiques est
-qu'il a été difficile d'utiliser, pour les bandes de roulement des roues, des profils à "usure standard", c'est-à-dire un profil où la conicité ne varie pas sensiblement avec l'usure de la ban-
-de-de roulement. Les -bandes de roulement des roues manifestent des tendances très marquées à l'usure en raison des mouvements de lacet des trains de roues et également en raison de l'incapa-
-cité dans laquelle se trouvent les roues de suivre le tracé de
la voie en courbe ; en d'autres termes, les trains de roues doivent mettre à profit le contact des boudins de leurs roues avec le rail.
Pour les raisons susdites ainsi que d'autres considérations telles que qualité de suspension, coût initial, etc..., la concep.tion des suspensions.s'est généralement concentrée sur la découverte d'un compromis entre les divers paramètres en vue de mettre au point une solution optimale. De tels compromis réduisent l'importance des problèmes qui se posent mais ne les éliminent pas complètement.
Les susdites remarques peuvent être mises en lumière par l'analyse mathématique qui suit d'une suspension ferroviaire.
Si l'on utilise la théorie du pseudo-glissement, on peut établir les forces qui agissent dans les zones de contact entre roues et .rails et. à partir de ces forces, on peut déterminer les équations du mouvement pour l'oscillation latérale du véhicule. La résolution de ces équations fournit les oscillations des trains de roues <EMI ID=2.1>
<EMI ID=3.1>
les forces d'inertie du cadre de bogie et du châssis du véhicule et les éléments amortisseurs de la suspension, l'analyse <EMI ID=4.1>
montre que toutes les oscillations sont stables (c'est-à-dire* que l'amplitude des oscillations tend à décroître avec le temps) tant que la vitesse d'avancement V du véhicule est comprise dans les limites données par la relation suivante :
<EMI ID=5.1>
<EMI ID=6.1>
essieu:,
<EMI ID=7.1>
<EMI ID=8.1>
r = rayon de roulement de la roue lorsque le train de roues
se trouve dans sa position naturelle sur voie droite,
<EMI ID=9.1>
ments élastiques montés entre les trains de roues et les cadres latéraux de bogie, et
<EMI ID=10.1>
Par expérience, on sait que la stabilité d'un véhicule aug-
<EMI ID=11.1>
de la bande de roulement qui décroît; ceci apparaît clairement dans la susdite relation qui montre que théorie et pratique sont
<EMI ID=12.1>
suivrait une rétroaction élevée de la part du corps ainsi qu'une médiocre qualité de suspension ).
Les roues de chemins de fer s'usent essentiellement en raison du contact entre rail et boudin de roue durant les passages en courbe et la théorie montre qu'un tel contact peut être évité et qu'en même temps un mouvement raisonnable de roulement des roues peut être maintenu si, pour les rayons de courbure nor-
<EMI ID=13.1>
vante est respectée :
<EMI ID=14.1>
R = rayon de courbure des bandes de roulement profilées,
<EMI ID=15.1> avec le train de roues en position centrale.
La comparaison entre les relations (1)et (2) met l'accent sur le conflit mentionné ci-dessus entre une stabilité élevée en lacet (exigeant une raideur k élevée et une faible conicité
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
Les exigences de stabilité aux mouvements de lacet sont compliqués en outre par la rétroaction de forces d'inertie du cadré de bogie ou du corps du véhicule qui fait naître des oscillations instables à des vitesses où la fréquence cinématique
<EMI ID=18.1>
0
turelles des masses du véhicule. Ceci peut à nouveau se traduire mathématiquement par introduction des forces d'inertie des masses du véhicule dans les équations du mouvement. Si, par exemple, les forces d'inertie résultent du mouvement giratoire du cadre de bogie autour du centre de pivotement reliant le corps du véhicule au bogie sont alors introduites comme condition supplémentaire de stabilité, la relation suivante doit être vérifiée :
<EMI ID=19.1>
C = moment d'inertie du cadre de bogie autour du centre de pivotement, et
a =.demi-empattement du bogie.
Pour des paramètres de véhicules normaux, la vitesse critique donnée par la relation (3) est inférieure à celle tirée de l'équation (1). Là encore, on peut agrandir la gamme de vitesse stable en augmentant k et/ou en diminuant Y ; ces deux modes de variation amoindrissent l'aptitude des roues à suivre une courbe.
En raison de leur utilisation dans cette description, les termes supplémentaires suivant vont être définis :
f = coefficient de glissement ou cheminement, qui est une fonction de la charge de l'essieu,
<EMI ID=20.1>
à friction prévu en parallèle avec les raideurs de suspen-
<EMI ID=21.1> <EMI ID=22.1> bogie.
Comme les problèmes définis ci-dessus ont une grande importance commerciale et pratique, un effort considérable a été consacré à analyser les systèmes de suspension. En particulier, A.H. Wickens et D.E. Newland, entre autres, ont étudié ce qu'il est convenu d'appeler les "suspensions flexibles". Ils n'ont jamais utilisé ou envisagé d'utiliser des contraintes en inclinaison de lacet inférieures à 4500 kNm/radian qui sont essentielles pour le passage en courbe sans contact de boudin; car ils considèrent com-
<EMI ID=23.1>
<EMI ID=24.1>
son en lacet, l'amortissement est essentiel pour minimiser la ré-
<EMI ID=25.1>
land a ,estimé que, même avec les faibles raideurs suggérées, les <EMI ID=26.1> avec des rayons de courbure inférieurs à 0,47 mile sur voies de
<EMI ID=27.1>
1,435 m). En fin de compte, leurs conceptions sont encore des solutions de compromis entre la stabilité aux mouvements de lacet <EMI ID=28.1> cès limité avec de simples wagons à quatre roues utilisant des suspensions élastiques mais il a déclaré que de telles suspensions ne peuvent être utilisées avec des véhicules à bogies en raison
<EMI ID=29.1>
mouvement de lacets; il existe en fait treize pics de résonance pour l'instabilité en mouvement de lacet.
En vue d'expliquer l'invention plus complètement, on peut
<EMI ID=30.1>
lement libre, suspendu au sol (comme on peut le réaliser dans un poste d'essais à rouleaux) - Les équations fondamentales d'un tel train de roues sont :
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
et
<EMI ID=33.1>
Les deux susdites équations simultanées peuvent être réso-
<EMI ID=34.1>
pour donner :
<EMI ID=35.1>
Puis en divisant l'équation 12.1 par M et l'équation 12.2
<EMI ID=36.1>
d'un train de roues à l'inclinaison en lacet, et en résolvant les équations, on obtient :
<EMI ID=37.1>
L'équation du quatrième degré (13) est résolue de façon classique pour donner deux grandes racines réelles, correspondant à la translation latérale et à la disparition de l'inclinaison en lacet du train de roues, et deux racines complexes légèrement a-
-morties pour l'inclinaison en lacet et le déplacement latéral. L'amortissement des disparitions'est élevé et on les néglige normalement. Pour les racines complexes, l'amortissement croît avec les contraintes gravitationnelle et élastique qui provoquent le glissement èt décroît avec les forces d'inertie qui déterminent le glissement en sens inverse. Les forces d'inertie augmentent avec la vitesse de sorte qu'à la fin, elles deviennent prépondérantes et que le système est instable. Une analyse telle qu'elle est esquissée ci-dessus est bien connue.
L'invention a notamment pour but de fournir une suspension ferroviaire qui résolve le conflit entre stabilité aux mouvements de lacet et aptitude à suivre une courbe, d'une manière raisonnablement satisfaisante.
Dans le cadre de cette description et des revendications, le terme "wagon de chemins de fer" est défini comme étant l'engin ferroviaire de base comprenant un wagon, qui peut être une caisse ou un châssis, pourvu de deux ou trois trains de roues.
Un wagon peut donc être un véhicule à quatre roues classique ou il peut aussi être un bogie, une supertructure pouvant alors ê- tre articulée à deux tels bogies pour former un véhicule. Le
<EMI ID=38.1>
tion d'un véhicule à bogie.
Selon l'invention, un procédé pour minimiser les mouvements de lacet et améliorer l'aptitude à suivre une courbe d'un wagon de chemins de fer équipé d'au moins deux trains de roues, les trains de roues comportant des paires de roues montées rigide- ment sur un essieu commun, comprend les phases suivantes :
<EMI ID=39.1>
la liberté d'inclinaison en lacet, b) limiter toute contrainte d'inclinaison en lacet, relative au wagon, à une valeur inférieure à 2000 kNm/radian d'inclinaison en lacet ; c) profiler les bandes de roulement des roues avec une conicité effective supérieure à 1/20; et d) amortir les mouvement latéral et d'inclinaison en lacet des trains de roues par rapport au wagon.
De préférence, la contrainte d'inclinaison en lacet est limitée à une valeur inférieure à 1500 kNm/radian d'inclinaison ..en -lacet.
De plus, conformément à l'invention, le procédé comprend
la phase supplémentaire consistant à monter à pivotement sur
une super-structure sur au moins deux wagons de chemins de fer.
Selon un autre aspect de l'invention, un wagon de chemins de fer, ayant au moins deux trains de roues montés de manière à être susceptibles de mouvements d'inclinaison en lacet et latéral, est caractérisé par le fait que :
a) toute contrainte d'inclinaison en lacet par rapport au wagon est limitée à une valeur inférieure à 2000 kNm/radian d'inclinaison en lacet b) les bandes de roulement des roues sont profilées et ont une conicité effective supérieure à 1/20; et c) des moyens amortisseurs sont prévus pour supprimer les <EMI ID=40.1>
oscillations latérales d'inclinaison et en lacet.
Toujours selon l'invention, il est créé un véhicule ferroviaire comprenant une superstructure montée sur au moins deux bogies qui sont des wagons de chemins de fer tels que définis cidessus.
L'invention est décrite ci-après plus en détail, avec
<EMI ID=41.1>
référence identiques désignent des éléments semblables et dans lesquels :
La fig. 1-montre., en élévation partielle un véhicule à bogie utilisant une suspension conforme à l'invention
La fig. 2 montre schématiquement un train de roues illustrant certaines dimensions relatives à celui-ci :
La fig. 3 montre, en plan, un bogie équipé d'un premier mode de réalisation d'ancrage .Sa fig. 4 .montre .un:second,.mode de réalisation
La fig. 5 est relative à un détail de la fig. 4 .
Les fig. 6 et 7 montrent, respectivement en plan et en élévation, un autre mode de réalisation.
Les fig. 8 et 9 montrent, respectivement en plan et en élévation, un autre mode-de réalisation.
<EMI ID=42.1> <EMI ID=43.1>
Les fig. 11 et 12 montrent, respectivement en plan et en élévation, encore un autre mode de réalisation
Les fig. 13 et 14 montrent, respectivement en plan et en élévation, un véhicule à quatre roues utilisant un mode de réalisation particulier de la suspension conforme à l'invention.
. Les fig. 15 et 16 montrent, respectivement en plan et en élévation, un bogie en trois pièces à triangles articulés. .-la fig. 17 montre un mode de réalisation particulier d'un stabilisateur des mouvements de lacet du corps ;
Les fig. 18 et 19 montrent deux modes de réalisation de . la.suspension conforme à l'invention, accouplant trois trains de roues .
La fig. 20 montre un autre mode de réalisation de l'invention.
La fig. 21 montre une variante du mode de réalisation de la fig. 20.
<EMI ID=44.1>
son à pivotement.
L'un des modes de réalisation de l'invention est discuté ci-dessus en référence aux fig. 1 à 5 des dessins ci-annexés.
Ces figures montrent un bogie 10 appartenant à un véhicule ferroviaire possédant un corps(châssis ou caisse)100. Le bogie
10 est constitué essentiellement d'un bogie classique à trois éléments et comprend deux trains de roues 13, des cadres latéraux 16 montés sur les trains de roues et -une traverse danseuse
<EMI ID=45.1>
trains de roues et parallèlement à ceux-ci'. La traverse danseuse
18 repose sur des ressorts à boudin 20 et est positionnée longitudinalement par un système connu de coins 108 et de plaques de friction 110, les coins étant maintenus en position contre la traverse danseuse 18 par des ressorts 112. Ce système permet à JLa traverse danseuse de se déplacer transversalement par rapport aux cadres latéraux 16, ce mouvement étant limité par des butées appropriées.(non montrées).
Les extrémités des cadres latéraux 16, indiquées dans leur ensemble par 22, sont en forme de pont (voir fig. 1). Les bases
<EMI ID=46.1>
Chaque base repose sur un élément élastique composite ou en sandwich 24 comprenant des couches alternées de plaques d'acier et de tampons de caoutchouc. On utilise des éléments composites car ils peuvent être construits de manière à posséder de faibles raideurs de ressort longitudinale et latérale. Tout autre élément
-élastique ayant ces propriétés peut aussi être utilisé, par exemple des maillons oscillants (en fait, des maillons oscillants sont avantageux car, grâce à leur utilisation, les raideurs: longitudinale et latérale de la suspension varient linéairement avec la masse, mais la construction est plus compliquée et risque d'être plus coûteuse). Les éléments élastiques 24 sont montés sur des flasques horizontaux 28 prévus sur des adaptateurs
26 de boite d'essieu.
Ces adaptateurs 26 sont montés sur des paliers 15 reposant sur des essieux 14 qui sont fixés rigidement aux roues 12. Les roues sont munies de bandes de roulement profilées à "usure standard". Les flasques 24 sont réunies par une pièce 27 en U qui est située à l'intérieur d'un dégagement 25 qui est ménagée à la partie inférieure d'une extrémité du ca- <EMI ID=47.1>
dre latéral 16.
On doit noter (comme le montre la fig. 2).que les surface de,contact entre les éléments élastiques 24 et les flasques
28 des adaptateurs 26 sont dans le même plan horizontal passant par l'axe de l'essieu 14. Si ceci présente un inconvénient au point de vue de l'aspect de�la construction, les ressorts peuvent être écartés dudit plan horizontal, mais seulement si l'un des ressorts est espacé d'une certaine distance au-dessus du plan en question et si l'autre est espacé de la même. distance au-dessous
-de ce plan. Cet emplacement de la dite surface de contact est nécessaire pour assurer qu'il ne s'exerce aucun moment sur l'adaptateur 26 quand le train de roues est incliné, en lacet, c'est-àdire qu'il ne doit pas y avoir rotation de l'adaptateur 26 autour .de l'essieu 14.
Les éléments élastiques 24 (de type quelconque ) ont des caractéristiques d'amortissement intrinsèques. En vue d'accroître l'amortissement ainsi que d'en faire une caractéristique qui peut être choisie à volonté, des amortisseurs visqueux ou à friction
30 sont disposés longitudinalement et latéralement entre les cadres latéraux 14 et les adaptateurs 26. On peut aussi utiliser
un seul amortisseur disposé angulairement.
Le corps 100-est monté sur le bogie 10 au moyen d'une partie femelle de pivot 106 munie d'une plaque d'usure 104 qui est montée sur la traverse danseuse 18, une partie mâle de pivot
102 étant fixée au corps 100. Avec cet agencement, le bogie est libre de tourner par rapport au corps.
- En=revenant aux équations (1) et (3) mentionnées ci-des- <EMI ID=48.1>
<EMI ID=49.1>
se transforment respectivement en deux conditions de stabilité '(la) et (3a), développées ci-après :
<EMI ID=50.1>
<EMI ID=51.1>
Avec le mode de réalisation décrit ci-dessus, les para. mètres de suspension peuvent maintenant être accordés ou choisis de telle manière que le numérateur de l'équation (3a) devienne pratiquement nul quand le dénominateur devient nul (ceci étant nécessaire pour éviter une instabilité critique), c'est-à-dire pour :
<EMI ID=52.1>
Dans ce cas, l'effet déstabilisateur de l'oscillation du cadre de bogie est complètement supprimé et le véhicule est stable pour toute la gamme de vitesse donnée par l'équation (la), c'està-dire jusqu'aux vitesses des mouvements de lacet du train de roues. On voit aussi que cette vitesse de stabilité aux mouvements de lacet est supérieure à la vitesse donnée par l'équation (1),
<EMI ID=53.1>
une stabilité élevée aux mouvements de lacet sans avoir recours
à une raideur de suspension k supérieure à celle donnée par l'équation (2), ce qui maintient une bonne aptitude à suivre les courbes, le contact rail/boudin ne se produisant que sur des courbes assez serrées.
Les instabilités causées par les forces d'inertie du corps de véhicule sont supprimées de manière analogue si l'on accorde la raideur latérale des ressorts 20, les amortisseurs latéraux
28-et l'amortissement giratoire obtenu à partir du centre de pivotement, aux autres paramètres de suspension déjà mentionnés.
Ainsi, en sélectionnant les profils des bandes de roulement des roues, les raideurs des'éléments 24 et ressorts 20 et les caractéristiques de l'amortisseur 30 d'une manière conforme à l'invention, l'amortissement maximal est obtenu pour les mouvements de lacet des trains de roues ainsi que pour les oscillations indésirables des diverses masses du véhicule.
Des valeurs préférées pour la raideur d'inclinaison en la-
<EMI ID=54.1>
lacet, avec une conicité comprise entre 0,05 et 0,15. (1/20 et
<EMI ID=55.1>
Des valeurs convenables dont on a découvert qu'elles pouvaient être mises en pratique pour obtenir'une stabilité aux mou-
<EMI ID=56.1>
fisant d'inclinaison en lacet pour permettre, sans contact du boudin, le franchissement de courbes à rayons supérieurs à 500 m environ sont une contrainte ou'raideur d'inclinaison en =.lacet d'ap-
<EMI ID=57.1>
l'ordre de 1/10 (ou 0,1).
<EMI ID=58.1>
On utilise des paramètres normaux pour des véhicules a
<EMI ID=59.1>
<EMI ID=60.1>
des raideurs de 15 fois cette valeur et davantage) ; Y= 1/10=0,1
(la conicité standard pour wagons est 1/20=0,05 et pour des trams à grande vitesse 1/40=0,025).
<EMI ID=61.1>
respectée à une vitesse V = 4000 cm/sec environ.
En introduisant cette valeur de V et les autres paramètres susindiqués, on voit que l'équation (4b) est aussi respectée approximativement. Ceci signifie que la valeur de l'équation
<EMI ID=62.1>
<EMI ID=63.1>
bilité normalement causée par la rotation du cadre de bogie a donc été complètement supprimée par l'accord de la suspension et non par recours à des raideurs k élevées on a de faibles conici-
<EMI ID=64.1>
me de vitesse pour laquelle le véhicule (bogie) est stable s'obtient de l'équation (la), la limite supérieure pour V étant d'environ 400 km/h. Ainsi la vitesse critique de ce véhicule se trouve bien au-delà de la vitesse de circulation maximale en conditions normales et ce résultat est atteint sans interférence notable avec l'aptitude du véhicule à suivre les courbes.
Un autre avantage de cette invention est qu'en allant vers des conicités encore plus élevées, dans la gamme de 0,2 à 0,5,
et vers des raideurs de contrainte plus basses d'inclinaison en lacet, par exemple dans la gamme de 80 à 750 kNm/radian, on peut
(en acceptant de supprimer les instabilités en mouvement de lacet du corps et non les instabilités en mouvements de lacet du bogie) obtenir sans contact du boudin, le franchissement des courbes de n'importe quel rayon normal ; en d'autres termes, même pour des courbes de rayons aussi bas que 100 mètres, qui sont exceptionnels. Comme valeurs convenables pour des courbes de rayons supérieurs à 100 mètres, on peut citer 500 kilonewton mètres par radian environ et des conicités de l'ordre de 0,25 et, avec ces valeurs, des instabilités de bogie se produisent à 100 km/h environ sur une voie de 1,065 m et à 120 km/h environ sur une voie
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Avec une telle utilisation, l'usure des bandes de roulement et des
<EMI ID=66.1> <EMI ID=67.1>
être usinées ou tournées et remplacées fréquemment, contrairement à la situation actuelle. L'utilisation de profils à "usure standard "signifie que la stabilité aux mouvements de lacet et l'aptitude à franchir les courbes ne se détériorent pas avec l'usure. On estime qu'en raison de la stabilité aux mouvement de lacet qui est grandement améliorée et de l'avantage dû au franchissement des courbes sans contact du boudin, les bandes de roulement, des roues n'exigèrent d'être usinées qu'au bout de 1.000.
000 km. Manifestement, il y aura augmentation corrélative de la durée de vie des rails ou de la voie.
La fig. 1 illustre le symbole a et la-fig. 2 les symboles,
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En ce qui concerne la fig. 3, elle montre un ancrage 38 entre la traverse danseuse 18 et le centre de l'essieu 14. L'ancrage 38 comprend un palier 40 monté au-dessus du centre de l'es_sieu 14, une rotule 42 reliant ce palier à une tige 46 et une seconde rotule 42 reliant la tige 46 à la traverse danseuse 18. On peut voir qu'un tel ancrage ne gêne pas l'essieu 14 dans ses inclinaisons en lacet ni dans ses mouvement latéraux si un jeu suffisant est admis dans le palier 40. En revanche, le train de joues est retenu longitudinalement.
En pratique, avec le dispositif à ressorts sans dureté qui est proposé ci-dessus, le train de roues pourrait avoir tendance à se déplacer longitudinalement par rapport au bogie sous de fortes contraintes telles que freinage- brusque et accélération élevée. L'ancrage longitudinal 38 est conçu pour empêcher
<EMI ID=69.1>
té aux mouvementsde lacet et à l'aptitude de franchir les courbes. Quand il n'y a pas ou que peu (le probabilité pour des contraintes élevées, l'ancrage peut encore être utilisé comme facteur de sécurité supplémentaire ou être omis.
En ce qui concerne les fig. 4 et 5, elles montrent un autre mode de réalisation de l'ancrage longitudinal 50 qui comprend' un élément tubulaire 52 relié à une extrémité, par un moyen flexible 55 à un flasque 54 que l'on ménage en formant une cavité
56 dans la traverse danseuse 18 et, à l'autre extrémité, par un moyen flexible analogue 55 à un flasque 58 qui est porté sur le palier 40 par des supports 60. Le moyen flexible 55 comprend un élément fileté 62 engagé dans l'élément tubulaire 52, des ron--délies d'acier 64 et 64', des anneaux toriques en caoutchouc ou analogues 66 et 66' et un écrou 68. En fonctionnement, l'élément fileté 62 est engagé dans l'élément tubulaire 50, la rondelle <EMI ID=70.1>
ment 52 et l'anneau 66 est placé sur l'élément 62. Celui-ci est alors introduit dans un trou 53 formé dans le flasque 54 et les
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Finalement, l'écrou 68 est serré sur l'élément 62.
Cet arrangement est sans doute le plus adéquat puisqu'il fonctionne en pratique exactement comme un joint universel ou à rotule, mais il possède l'avantage que ses composants peuvent être librement ajustés ou choisis pour s'adapter aux dimensions du bogie. Par exemple, la distance entre la traverse danseuse 18 et l'essieu 14 peuvent varier d'une valeur allant jusqu'à 3 cm.
.Alors que les dessins et la description indiquent que l'é-
- liment 62 est engagé par vissage dans l'élément tubulaire 50, il est aussi possible de souder ou de lier autrement l'élément 62 à l'élément 50. Dans ce cas des rondelles d'acier supplémentaires peuvent être placées entre la rondelle 64 et l'élément 50 pour permettre de régler la longueur de l'ancrage.
Un-second mode de réalisation de l'invention va maintenant être discuté en détail, à l'aide des fig. 7 à 19 des dessins.
<EMI ID=72.1>
(3) susmentionnées ont été étendues pour tenir-compte des considérations telles que raideurs de ressort, facteurs d'amortissement,masses de cadre de bogie et de superstructure et moment d'i-
<EMI ID=73.1>
ment aux contraintes en inclinaison de lacet.et latérale exercées sur les trains de roues. Ces contraintes étaient mesurées par rapport au wagon ou bogie sur des moyens: élastiques accouplant les trains de roues aux cadres latéraux de bogie. Comme le bogie n'a pas une masse infinie, ceci implique en fait que les contraintes exercées sur- chaque train de roues sont mesurées par rapport à l'autre ou aux autres trains de roues.
Dans le second mode de réalisation, il est maintenant proposé de relier directement les trains de roues l'un à l'autre par un ancrage élastique diagonal. De cette manière, les contraintes exercées sur les trains de roues peuvent être réduites à trois <EMI ID=74.1>
Ceci implique qu'on va maintenant disposer d'une plus grande liberté pour choisir les divers paramètres en vue d'obtenir une excellente aptitude à franchir les courbes tout en ne concédant rien sur la stabilité aux mouvements de lacet. En d'autres termes, il est maintenant possible de rendre la contrainte en inclinaison de lacet k aussi basse qu'il est nécessaire pour l'aptitude à franchir les courbes et d'augmenter la contrainte nécessaire à la stabilité aux mouvements de lacet en.choisissant une valeur convenable pour kb . De plus, puisque l'accouplement entre les trains de roues est disposé en diagonale, l'ancrage diagonal sera sans contrainte en courbe.
En étendant les équations (1) et (3) de la même manière que précédemment, tout en notant que les équations qui suivent s'appliquent à un véhicule à bogie mais que des équations de même na- ture pourraient se déduire pour un wagon simple ou à quatre roues on obtient.
<EMI ID=75.1>
<EMI ID=76.1>
Les équations (1b) ot(3b) donnent les conditions pour combattre la première instabilité du bogie, savoir celle de rotation autour de son centre de pivotement. D'autres équations peuvent être déduites pour les autres instabilités du bogie ainsi que pour les instabilités du corps ; ces équations auraient une forme analogue.
De l'équation (3b) on peut voir que l'instabilité se produit quand, le dénominateur passe par zéro et la solution de ce problème consiste à assurer que le numérateur passe par zéro en même temps. Ainsi, les équations suivantes doivent être respectées simultanément.
<EMI ID=77.1>
Comme dans le premier mode de réalisation de l'invention, l'oscillation giratoire du cadre de bogie est maintenant complètement supprimée et n'est pas instable, c'est-à-dire n'augmente pas d'amplitude dans le temps: Le véhicule est stable pour la gamme de vitesse donnée par l'équation (1b).
En vue d'obtenir le franchissement de courbes sans contact du boudin et d'assurer que l'accouplement diagonal est sans contrainte durant un tel franchissement, la contrainte en inclinaison de lacet k doit satisfaire à la condition.
<EMI ID=78.1>
<EMI ID=79.1>
suspension gravitationnelle.
<EMI ID=80.1>
En pratique, la contrainte en inclinaison de lacet est choisie de préférence à une valeur au plus égale- à 750 kNm/radiai d'inclinaison en lacet et les conicités à une valeur d'au moins 1/10 (ou 0,1). La contrainte en inclinaison de lacet peut, bien entendu, être rendue nulle par la disposition de plaques d'usure ou analogues entre les trains de roues et le wagon, la contrainte k- étant convenablement augmentée.
.Plusieurs exemples d'ancrage d'accouplement diagonal vont maintenant être décrits à l'aide des dessins.
Si l'on se reporte aux fig. 6 et 7 des dessins, il y est montré une partie de suspension. Les extrémités de l'essieu 14 sont munies d'une portée lisse 15 sur laquelle est monté un adaptateur 220 de boite, d'essieu. L'un des bras d'un triangle articulé 222 est fixé à chacun des adaptateurs 220 et peut être constitué.en matériau élastique ou résiliant tel que laiton, bronze
-ou acier traité, l'autre bras du triangle étant fixé à l'adap- <EMI ID=81.1>
mets des triangles 222 sont accouplés par des moyens d'articulation 225 comprenant une saillie 266, décelée par rapport aux centres des sommets de chacun des triangles 222, un amortisseur visqueux ou à friction 228 et un ressort à boudin 230 placé autour de l'amortisseur 228. Ceci ne constitue pas d'ailleurs le seul agencement possible et d'autres éléments élastiques et amcrtisseurs, tels que ressorts à lames, tampons de caoutchouc ou analogues, peuvent être utilisés dans une configuration appropriée. A l'extérieur des trains de roues sont montés des éléments 224 en "U" qui sont fixés aux adaptateurs 220 et sont destinés à renforcer les triangles articulés 222.
<EMI ID=82.1>
ou s'incline en lacet autour d'un axe vertical passant par le centre de l'essieu, le sommet du triangle articulé qui lui est associé se déplace latéralement. Une partie de ce mouvement est transmise par les moyens d'articulation 225 à l'autre triangle
-articulé et à l'autre train de roues. Cependant, la résiliance des triangles et l'élasticité des moyens d'articulation amortissent le mouvement de lacet en introduisant un changement de fréquence et de phase entre les trains de roues. Ainsi, selon une terminologie relâchée, le train des roues qui répond tend aussi. à s'incliner en lacet mais à une fréquence et une phase légère--ment différentes de celles du mouvement original d'inclinaison** en lacet et, comme des forces de glissement supplémentaires en- trent en jeu, l'effet net obtenu est que les mouvements de lacet du train de roues sont amortis.
L'articulation 225 entre les triangles articulés 222 est telle qu'elle ne peut transmettre que de faibles moments de rotation entre ces triangles. Ceci signifie qu'en courbe, la suspension n'impose qu'une contrainte.giratoire minimale sur chaque triangle et que chaque train de roues est libre de suivre la courbure des.rails. Par conséquent, chaque train de roues peut adopter son. attitude optimale pour le franchissement des courbes et la suspension à une meilleure aptitude à la direction qu'une suspension classique (tout.moyen élastique entre les trains de roues et le wagon étant censé avoir une faible contrainte k d'inclinaison
<EMI ID=83.1>
b2
Si l'on se reporte maintenant aux fig. 8 et 9, on y voit une suspension dans laquelle une traverse 232 est prévue pour renforcer chaque triangle, articulé 222. Les moyens d'articulation, disposés entre les triangles articulés et désignés dans leur ensemble par 235, sont constitués par une articulation classique à cheville, comprenant un flasque 234 disposé au sommet de l'un des triangles 222, un flasque ou (comme montré à la fig. 9) deux�flasques écartés 236 disposés sur l'autre triangle 222 et une cheville 237 engagée dans des trous alignés sur les flasques 234 et.236, un manchon de caoutchouc 238 étant monté autour de la cheville
237. Le manchon 238 attribue aux triangles articulés une élasticité latérale.supplémentaire.
En fonctionnement, cette suspension est analogue à celle du premier mode de réalisation mis à part le fait que les moyens d'articulation 235 ont un axe de pivotement défini qui est matérialisé par. la cheville 237. Ainsi, quand le véhicule franchit une courbe, les sommets des éléments 222 se déplacent latéralement dans le même sens et il ne s'exerce aucun moment dans les moyens d'articulation 235 puisque le mouvement est purement giratoire autour de la cheville 237. Par le choix de'la composition et de la configuration du manchon de caoutchouc 238, la suspension peut être "accordée" de façon qu'on obtienne la stabilité <EMI ID=84.1>
optimale aux mouvements de lacet du train de roues, c'est-à-dire de façon qu'entre autres les équations (4b) et (4b') soient satisfaites.
Une variante des moyens d'articulation qui peuvent être utilisés entre les triangles articulés 222 est montrée aux fig.
<EMI ID=85.1>
Les moyens 325 comprennent un petit secteur en gouttière 320 et un grand secteur en gouttière 321. Les secteurs 320 et 321 sont fixés respectivement aux triangles 222 et, à leur lieu de fixation, il est tenu compte d'entretoises 322 qui sont interposées entre lesdits secteurs et triangles. Les secteurs 320 et 321 sont agencés pour se recouvrir longitudinalement et sont reliés par des tampons de caoutchouc 323 et 324 qui sont vulcanisés sur la . face intérieure du grand secteur 321 et sur la face extérieure du petit secteur 320, comme le montre la fig. 10a, c'est-à-dire
--entre chacune des faces opposées.
Ces moyens d'articulation sont simples et peu coûteux à fabriquer, ils sont durables et ont des propriétés requises d'élasticité et de transmission de moment minimâle. De plus, ils peuvent être utilisés comme élément standard avec des triangles
-articulés standards puisque la disposition des entretoises 322 permet au système assemblé de s'adapter aux variations de longueur du cadre latéral de bogie. Bien entendu, avec n'importe lequel des autres agencements, on peut inclure des entretoises <EMI ID=86.1>
culation ou dans les adaptateurs 220.
Les fig. 11 et 12 montrent un mode de réalisation dans lequel les trains de roues 13 sont accouplés par deux maillons
<EMI ID=87.1>
d'une boîte d'essieu de 1.'un des trains dermes à une boîte d'essieu de l'autre train de roues. Les extrémités de chaque maillon sont accouplées aux boîtes d'essieu par des joints à cheville 246 disposés de façon que les maillons puissent pivoter dans un plan pratiquement horizontal. L'un des maillons 244 possède une boutonnière 248 formée à peu près à mi-longueur sur ce maillon la boutonnière étant suffisamment large pour être traversée par l'autre maillon. Une variante de cet agencement consiste à conformer en maneton l'un au moins des deux maillons au voisinage de l'endroit où ils se croisent..
<EMI ID=88.1>
Chacun des maillons 244 peut posséder des moyens élastiques et** ou amortisseurs 250 en parallèle, ces moyens 250 comprenant un ressort à boudin 252 en parallèle avec un amortisseur visqueux
254. Cependant, tous autres moyens appropriés tels que tampons de caoutchouc, ressorts à lame coudés ou analogues, peuvent être utilisés. De plus, bien que les maillons aient été représentés comme étant symétriques, il n'en est pas nécessairement ainsi.
Bien que cela n'ait été illustré sur aucune des figures, il est également possible de former les maillons 244 en une seule pièce avec les adaptateurs 220, c'est-à-dire soit à la fonderie soit-postérieurement par soudure ou procédé analogue. Dans un tel cas, les maillons doivent être flexibles latéralement et on peut réaliser ceci en choisissant convenablement la matière utilisée (bronze, par exemple) et 'ou en donnant aux maillons
la forme d'un maneton de telle sorte qu'il soit élastique à ses coudes.
En fonctionnement, si-l'un des trains de roues pivote ou oscille, évidemment alors, l'une de ses roues se rapproche et l'autre roue s'éloigne du centre de la suspension. La roue qui se rapproche du centre oblige celle des roues de l'autre train
à laquelle elle est reliée diagonalement à être poussée à l'écart du centre et inversement pour la roue qui s'éloigne initialement
<EMI ID=89.1>
on obtient, de la même manière que précédemment, un amortissement des mouvements de lacet ou oscillations du train de roues. En courbe, les deux trains de roues suivent la courbure-.. des rails, car il n'y a pas ou que peut de contrainte à l'inclinaison en lacet des trains de roues en raison de l'utilisation de maillons diagonaux indépendants et toute contrainte provient d'autres éléments de la suspension.
Pour conclure les descriptions qui précèdent,d'accouplements diagonaux, on doit noter ce qui suit :
(a) Pour tous les modes de réalisation au sujet desquels on a monté et décrit des ancrages croisés, il est aussi possible de se dispenser de l'un des ancrages ; par exemple, un seul maillon 244 ou un seul bras de triangle articulé, fixé à un adaptateur 220 de telle sorte.qu'il ne puisse pivoter latéralement, serait suffisant.
(b) Les bras des triangles articulés 222 pourraient être formés <EMI ID=90.1>
(c) Les moyens élastiques et/ou amortisseurs 250 montés en paralèle avec les maillons 244 ou les autres moyens élastiques et amortisseurs 228, 238, 230, pourraient être supprimés si une élasticité suffisante est offerte par les matières utilisées pour former les triangles articulés et maillons.
Ces matières possèdent également un amortissement par hystérésis intrinsèque. Ainsi, en choisissant la composition des matières utilisées et les dimensions des triangles articulés et maillons, on peut obtenir les coefficients requis.
(d) L'accouplement diagonal est utilisé comme stabilisateur pour les mouvements de lacet et est sans contrainte durant les passages en courbe. Ceci est en opposition avec les accouplements appartenant à l'état de la technique qui constituent en fait des "bras directeurs" et sont utilisés pour forcer les trains de roues à.occuper une position radiale correcte sur une voie cour-
-be.-De tels bras directeurs tels que les décrivent le brevet fran- <EMI ID=91.1>
n[deg.] 876.249 (Dr.Ing. G.A.Gaebler), sont construits rigidement car ils ont à supporter des forces importantes et ils ne servent èn aucune façon de stabilisateurs contre les mouvements de lacet. Finalement comme ils n'offrent aucun avantage effectif, ils n'ont jamais été mis en application normale.
On va se reporter maintenant aux fig. 13 et 14 des dessins qui montrent un wagon à quatre roues 260 muni de triangles articulés 222. Le wagon comprend un corps 261 supporté élastiquement, par l'intermédiaire de moyens de montage 262, par deux trains de roues 13. Chaque moyen de montage 262 comprend un guide d'essieu
264 accouplé à pivotement par des maillons oscillants ou pendu-
<EMI ID=92.1>
tiquement par les adaptateurs 220 par l'intermédiaire de ressorts à boudin 268 (des tampons de caoutchouc ou des éléments composites ou en sandwich peuvent aussi être utilisés).
Il existe un jeu latéral entre le logement 270 et le guide d'essieu 264 de sorte que les trains de roues peuvent se déplacer longitudinalement dans les guides d'essieu. Ce jeu peut être de l'ordre de 3 à 15 mm.
En fonctionnement, un certain nombre d'avantages proviennent de l'utilisation du moyen de montage 262. D'abord, le jeu <EMI ID=93.1>
-assure que l'aptitude des trains de roues à être dirigés n'est pas gênée par le corps du véhicule, particulièrement dans les passages en courbe. Le jeu précis est choisi selon l'empatte- <EMI ID=94.1>
lisation de maillons oscillants 266 et ressorts 268 assure qu'il y a peu de contrainte ou raideur longitudinale appliquée aux trains de roues. Ceci peut être fait puisque la suppression des mouvements de lacet des trains de roues ne dépend plus de la raideur des éléments de la suspension. Les caractéristiques élastiques de la suspension peuvent être choisies pour qu'on obtienne une qualité de suspension et une aptitude à la direction optimale.
Si l'on se reporte maintenant aux fig. 15 et 16, on y voit un bogie 10 en trois pièces qui possède deux cadres latéraux 16 et une .traverse danseuse 18. Contrairement à certains des modes de réalisation précédents qui comportent des triangles articulés
222, il est prévu ici des éléments 286 en W dont les extrémités libres sont courbées de manière qu'elles puissent passer autour
-de l'extérieur des roues pour gagner de l'espace. En outre, (comme le montre la fig. 16), les bras des éléments 286 sont coudés verticalement de façon à pouvoir passer au-dessus des essieux 14 et aussi de façon que le centre du joint à cheville 288 monté entre les éléments 286 soit pratiquement dans le même plan horizontal que les essieux 14.
Une caractéristique, qui est montrée à la fig. 15 mais qui peut être appliquée à n'importe lequel des modes de réalisation, consiste en ce que le joint à cheville 288 possède des flasques munis d'une .boutonnière pour assurer une plus grande liberté longitudinale entre les éléments 286 tout en étant susceptible des mêmes propriétés que les modes de réalisation susmentionnés.
Un accouplement élastique entre les trains de roues et les cadres latéraux de bogie, tel. que montré à la fig. 16, comprend
<EMI ID=95.1>
une faible raideur au cisaillement, situé verticalement entre les cadres latéraux 16 et les adaptateurs 220. Il est à nouveau prévu ici un jeu entre les adaptateurs 220 et les guides d'essieu
283 et 283' qui sont disposés aux extrémités des'cadres latéraux
16. Ce mode de réalisation'possède aussi une faible contrainte ou raideur en-inclinaison de lacet de sorte qu'on peut obtenir <EMI ID=96.1> une faculté de direction optimale.
En combinaison avec un accouplement élastique diagonal destiné à limiter les mouvements de lacet des trains de roues, un système à leviers et ressorts est accouplé entre les trains de roues et le corps du véhicule pour limiter les mouvement de
<EMI ID=97.1>
accouplé par un système de leviers 302 et de ressorts à boudin
316 aux cadres latéraux 16 et aux trains de roues 13. Le système de leviers 302 comprend un levier de renvoi 306, susceptible de pivoter autour de son axe d'articulation sur une console 310 fi- <EMI ID=98.1> extrémités à l'aide d'une cheville d'articulation à l'un des bras du levier de renvoi-306, l'autre extrémité du levier droit 308 étant reliée par une cheville d'articulation à une console 312 . fixée au cadre latéral 16. L'extrémité libre du levier de renvoi <EMI ID=99.1>
droit 308, est attelée à l'une des extrémités d'un ressort à boudin 316 dont l'autre extrémité est attachée aux flasques 313 montés sur l'articulation qui est prévue entre les trains de rouas.
<EMI ID=100.1>
100 et chacun des cadres latéraux 16.
En pratique, un mouvement transversal du corps 100, en agissant par l'intermédiaire du système de levier 302 et de ressorts 316, fait pivoter les trains de roues. Les bandes de roulement des roues glissent sur les rails jusqu'à ce que soit atteinte une force de réaction suffisante pour- rectifier le mouvement transversal indésirable du corps. Ainsi, par un choix approprié des raideurs des ressorts et des longueurs des leviers, il est possible de supprimer ou au moins de minimiser les mouvements de lacet du corps 100.
Le stabilisateur des mouvements de lacet du corps qui vient d'être décrit peut être considéré comme un "amortisseur à pseudoglissement" et, comme l'implique cette expression, il s'agit d'un dispositif qu'amortit les mouvements de lacet en engendrant des forces de glissement dans la zone de contact entre rail et surface de roulement des roues. Il faut noter que le concept visant à tenter d'utiliser des forces de glissement est connu
(voir entre autres le brevet allemand n[deg.] 865.148 de la Société
<EMI ID=101.1> <EMI ID=102.1>
forces était mauvais. En vue d'expliquer ce point, considérons un mouvement du corps vers la droite (observe dans le sens d'avancement). Ce mouvement produit une force qui tend à déplacer l'articulatio:a des triangles articulés vers la gauche et tend à imposer au train de roues avant (arrière) d'une paire de bogies une inclinaison en lacet dans le sens (contraire) des aiguilles d'une montre ceci est en contradiction avec les suggestions de l'état de la technique. Ainsi, alors que la force appliquée sur l'articulation agit en sens inverse du mouvement du corps et par conséquent s'oppose au mouvement du corps selon ce mode de réalisation, l'effet est au contraire'déstabilisateur dans l'état de la technique.
Diverses autres configurations à moyens inverseurs de force sont également réalisables ; par exemple, un accouplement analogue (302, 316) peut être relié à l'élément de renfort 224 monté à la fig. 6.
Les fig. 18 et 19 illustrent en plan cet aspect de l'invention, dans son application à des véhicules à trois essieux. Les deux suspensions montrées sont analogues à celles déjà décrites et peuvent être considérées chacune comme une combinaison de deux jeux d'accouplements diagonaux disposés chacun entre deux trains de roues. C'est ainsi qu'il y a un accouplement entre le train de roues arrière et le train de roues central et un autre entre le train de roues central et le train de-- roues avant-. - -
En pratique, les trains de roues avant et arrière pivotent dans le même sens et le train de roues central pivote dans le sens opposé. L'oscillation ou les mouvements de lacet de n'importe lequel des trains de roues sont amortis de la même manière qu'on l'a décrit précédemment au sujet-d'un bogie à deux trains de roues.
L'orientation relative d'un bogie à trois trains de roues, au franchissement d'une courbe à l'état stable, est montrée en contour à la fig. 18. Selon cette orientation, chacun des trains de roues suit la courbure des rails et les essieux sont situés selon des lignes radiales partant du centre de courbure instantané.
On n'utilise pa.s habituellement des bogies à trois trains de roues, excepté sur des rails ayant peu do courbes et des courbes peu prononcées en raison des-forces engendrées dans la sus-- <EMI ID=103.1>
pension lors des passages en courbe. Cependant, avec la suspension conforme à l'invention, on peut utiliser effectivement des
-bogies à trois trains de roues puisqu'il se produit des sollicitations minimales dans la suspension lors des passages en courbe. Deux applications ont une importance particulière. La première est qu'on peut utiliser cette suspension sur des véhicules lourds, tels que des wagons de minerais, dans lesquels la charge peut être répartie sur plus d'essieux qu'il n'était possible jusqu'ici La seconde est qu'on peut utiliser les bogies à trois trains de roues/sur les voitures de voyageurs où le chargement n'est pas très lourd.
Avec des voitures de voyageurs, les extrémités de deux corps peuvent être montées sur le même bogie ; cet agence-
-ment entraîne une réduction du poids total du véhicule et l'utilisation d'un bogie commun à deux voitures permet à chaque corps d'être tangent à la courbe durant les passages en courbe.
Une autre variante de l'invention utilisant des ancrages diagonaux consiste à enlever tous les éléments élastiques exerçant une contrainte en inclinaison de lacet, tels que tampons
en élastomère ou ressorts à boudin placés verticalement entre
les trains de roues et les cadres latéraux d'un bogie ou corps
de wagon, et à les remplacer par des plaques d'usure ou organes analogues. On peut utiliser des plaques d'usure analogues à celles qui sont utilisées de manière classique à la liaison en pivotement entre bogie et superstructure, comme montré à la fig. 1. Dans ce cas, il est nécessaire d'utiliser un ancrage longitudinal, tel que montré à l'une quelconque des fig. 3 à 5, pour transmettre des forces longitudinales du corps de wagon ou de la superstructure aux roues.
Dans le premier mode de réalisation, les valeurs de la contrainte d'inclinaison en lacet variaient de 80 à 2000 kNm/ radian-d'inclinaison en lacet et, dans les exemples , les limites inférieures sont gouvernées par 'des considérations de stabilité en mouvements de lacet aux dépens (quoique légèrement) de l'aptitude à suivre les courbes. Le second mode de réalisation comportait un ancrage diagonal pour compenser la contrainte d'inclinaison en lacet et permettait donc d'utiliser des valeurs inférieures à 750 kNm/radian d'inclinaison en lacet (jusqu'à
zéro, en fait), ce qui donne lieu à des améliorations importantes de l'aptitude à suivre les courbes. Le troisième mode de <EMI ID=104.1>
réalisation de l'invention comporte une contrainte négative d'inci Trais on en lacet.
<EMI ID=105.1>
défini comme étant un ressort qui a un effet déstabilisateur augmentant avec le déplacement, c'est-à-dire qui applique une force
<EMI ID=106.1>
écarté de sa position naturelle, à angle droit par rapport à l'axe longitudinal de la superstructure ou du wagon. Ceci est en contradiction avec un ressort classique qui développe une force de rappel proportionnelle au déplacement, c'est-à-dire qui applique
<EMI ID=107.1>
Billon se reporte d'abord à l'équation (13) donnée ci-dessus, ondoit noter que, de façon classique, on néglige certains de ses termes comme étant d'importance secondaire. Les termes ainsi négligés croissent toutefois avec la vitesse jusqu'à ce que
<EMI ID=108.1>
<EMI ID=109.1>
sont r.erdus égaux ou approximativement égaux entre eux et de si-
<EMI ID=110.1>
est nul ou négligeable, et que les termes
<EMI ID=111.1>
soient aussi rendus égaux ou approximativement égaux entre eux et de- signes contraires, de sorte que l'équation (13) se réduit
<EMI ID=112.1>
dans le cas idéal.
<EMI ID=113.1>
et une deuxième série de racines
<EMI ID=114.1>
<EMI ID=115.1>
VM
ment pendant du fait que le cas idéal est atteint ou non. Dans <EMI ID=116.1>
est en dérangement, il va retourner à sa position centrale sur les rails de manière exponentielle et, dans le cas de suramortissement, il retournera à la position centrale sans dépasser celle-ci. Dans un cas comme dans l'autre, l'invention apporte un perfectionnement considérable par rapport à l'état de la technique où l'on sait par expérience que, lorsqu'il est jais en dérangement, le train de roues non seulement retourne à sa position centrale mais dépasse largement cette position et est mis : en mouvement sinusoïdal dans le plan horizontal.
En vue de respecter l'équation (14), on doit choisir pour
<EMI ID=117.1>
attribue un signe négatif pour les raisons suivantes :
(a) Un k négatif permet aux trains de roues de s'incliner librement en lacet et d'atteindre ainsi la position radiale correcte
-.sur. voie en courbe.
<EMI ID=118.1>
le centre d'inclinaison en lacet du train de roues au cadre de
-wagon à sa superstructure indirectement par le wagon', assure que le train de roues reste pratiquement à sa position centrale quand le véhicule ou wagon est stationnaire, c'est-à-dire ne se décale pas vers l'un des côtés du véhicule. Avec une telle construction, il n'est possible au train de roues que de s'incliner en lacet, mais ceci ne se produit pas en pratique car la résistance au glis- <EMI ID=119.1>
moment maximal d'inclinaison en lacet qui peut résulter d'un k négatif.
(c) Un k négatif ferait se décaler le wagon vers un côté ou l'autre, lorsqu'il est au repos.
(d) Des roues profilées manifestent une force naturelle possible de rappel appelée Çraideur gravitationnelle de suspension. Cet <EMI ID=120.1>
mais doit d'abord être surmonté si c'est un � négatif qui est choisi.
On peut calculer la valeur du k négatif en faisant
<EMI ID=121.1>
<EMI ID=122.1>
<EMI ID=123.1>
<EMI ID=124.1> deux derniers termes).
Ceci donne :
<EMI ID=125.1>
L'équation (15) montre que k est une fonction de f (coefficient de glissement) qui, à son tour, est une fonction du poids total du véhicule. Ceci fait ressortir un autre avantage de l'invention en ce sens qu'on peut calculer pour la longueur de k une valeur qui assurera- une suspension stabilisée en mouvements de lacet, indépendamment de la charge du.véhicule. Pour les Chemins de Fer Sud-Africains qui utilisent des voies de 1,067 m environ, une longueur comprise entre 100 et 200 mm environ a été utilisée expérimentalement mais des longueurs plus faibles ou plus élevées peuvent être exigées selon l'état de la voie et du véhicule.
L'analyse qui précède est d'une nature très simple puisqu'elle s'applique à un train de roues suspendu au sol et ne tient pas compte des mouvements du corps et/ou du bogie. Néanmoins, cette conception peut s'étendre à l'ensemble d'un système de véhicule et bien qu'on considère dans l'état actuel des choses, qu'il puisse ne pas être possible d'atteindre la situation idéale de l'amortissement exponentiel, un système suramorti serait certes possible. Cette impossibilité d'atteindre l'idéal résulte du fait que les équations du mouvement sont très complèxes et que certaines approximations doivent être faites. Les équations peuvent toutefois être résolues empiriquement à l'aide d'un ordinateur dans lequel l'idéal peut se trouver réalisé.
L'analyse faite jusqu'ici montre qu'il sera nécessaire d'avoir un amortissement latéral entre les trains de roues et
la superstructure et/ou le wagon. De plus, dans un véhicule monté sur bogie, il est aussi avantageux d'avoir un amortissement entre le bogie et le corps, si le bogie est monté sur traverse danseuse, on peut utiliser avantageusement des systèmes classiques, tels que coins et plaques d'usure, mais, pour les voitures de voyageurs, on peut aussi avoir à utiliser des amortisseurs visqueux.
Un amortissement supplémentaire est exigé longitudinalement entre le corps et les trains de roues. On peut utiliser dans ce cas un amortissement visqueux ou à friction.
Bien que cette invention concerne principalement la stabi- <EMI ID=126.1>
lisation des mouvements de lacet des trains de roues car ce facteur est celui qui, entre autres, provoque l'usure des bandes de roulement de loues et limite en fin de compte la vitesse maximale de fonctionnement du véhicule, la stabilisateur des mouvements de lacet du corps décrit ci-dessus peut aussi être incorporé par addition de triangles articulés appropriés.
Si l'on se reporte maintenant à la fig. 20 des dessins, on y voit, en représentation schématique,- un cadre latéral de bogie
16, un pendule inversé ou articulation 422 et un train de roues
13 accouplé au cadre latéral 16 par le pendule inversé 422. Le train de roues 13 comprend deux.roues 12 ayant des bandes de roulement coniques avec un profil à "usure standard" ou à profil Heumann, montées rigidement sur un essieu plein commun 14. Aux extrémités de l'essieu 14 ou au voisinage de celles-ci, il est
<EMI ID=127.1> .flasques horizontaux 28, de part et d'autre de l'essieu 14. Les adaptateurs de boîte d'essieu peuvent être d'une construction classique quelconque. Des flasques verticaux 420 sont fixés à la face supérieur de chacun des flasques 28. Ces flasques verticaux
420 sont munis d'axes 426 de sorte que l'une des extrémités d'un élément allongé 428, pratiquement rigide, peut leur être relié à leurs autres extrémités. Les éléments 428 sont articulés par <EMI ID=128.1>
de paliers 15 sont montés entre adaptateurs 26 et essieu 14.
Si l'on se reporte à la fig. 21 où des références identiques
<EMI ID=129.1>
pivotement "rigide" entre le cadre latéral 16 du bogie et le train de roues. Selon ce mode de réalisation, la liaison comprend un organe excentré ou manivelle 430 qui est monté à rotation autour de l'essieu 14 et qui est articulé par un axes ou pivot 432 a au cadre latéral 16.
Une caractéristique qui est montrée à la fig. 21 mais qui peut aussi être utilisée avec le mode de réalisation précédent consiste en ce que les butées 434 et 435 sont fixées au cadre latéral 16. Elles servent à limiter l'inclinaison du train de roues en lacet. On peut aussi utiliser toutes autres butées appropriées..
<EMI ID=130.1>
liaison à pivotement que l'on peut utiliser entre les trains de roues et les cadres latéraux 16 de wagon. Cette liaison comprend <EMI ID=131.1>
un élément 436, pratiquement rigide, qui a la forme d'une plaque *** rectangulaire épaisse dont deux côtés opposés, désignés par 437, sont arrondis et conformés de façon à s'adapter à des gorges peu profondes 439 formées dans deux tampons de caoutchouc 438. Ces tampons sont fixés respectivement au cadre latéral 16 de bogie et aux flasques 28 dont sont munis les adaptateurs 26 de boites d'essieu.
Cette liaison de pivotement fonctionne pratiquement de la même manière que celles décrites ci-dessus à cette exception près que, en raison de la profondeur de l'élément 436 qui peut être
de 10 cm environ, il se produit dans la liaison un accroissement de la raideur latérale de la suspension. De plus, les tampons de caoutchouc ou autre matière élastomère peuvent être choisis pour faire varier la raideur latérale de la suspension ainsi que pour assurer un amortissement longitudinal et latéral.
.La liaison venant d'être décrite. peut .être adaptée pour être utilisée avec l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits précédemment, par exemple en remplacement du joint à cheville 432 de la fig. 21 ou de l'un au moins des deux joints à cheville 424 et 426 de la fig. 20.
Les ancrages longitudinaux des types précédemment décrits, qui agissent pour maintenir le train de roues longitudinalement par rapport au véhicule seulement et ne gênent nullement les mouvements transversaux ou d'inclinaison en lacet du train de roues, sont utilisés (et sont en fait nécessaires) avec tous les modes de réalisation à ressorts négatifs.
Pour des roues motrices, par exemple'sur locomotive électrique ou diesel-électrique, l'ancrage peut être accouplé au moteur lui-même, celui-ci étant monté de façon rotative sur l'essieu. Ceci s'applique bien entendu à tous les modes de réalisation décrits ci-dessus.
<EMI ID=132.1>
suspension négative conforme à l'invention est au repos, la conception des éléments de pivotement léur donne de la raideur latérale qui empêche un mouvement latéral relatif entre les cadres de bogie et les trains de roues. De plus, les ancrages longitudinaux maintiennent le centre de pivotement en lacet du train de roues. Ainsi, le train de roues n'est libre que de s'incliner
en lacet mais une telle inclinaison ne se produit pas en fait car les forces de frottement agissant dans la zone do contact entre la bande de roulement d'une roue avec le rail ou la voie sont supérieures à tout moment de couplage provenant de la raideur négative des éléments de pivotement et les trains de roues restent dans leur position centrale quand le véhicule est au repos.
Quand le véhicule se déplace, des forces de frottement sont engendrées dans la zone de contact entre les bandes de roulement des roues et la voie et elles agissent de manière à amener le train de roues à sa position centrale. Durant l'usage normal, c'est-à-dire aux vitesses usuelles, les trains de roues agissent comme le faisait prévoir l'analyse exposée ci-dessus. Ainsi quand le train de roues est dérangé transversalement ou en inclinaison de lacet, il retourne à sa position centrale d'une manière soit exponentielle soit suramortie.
<EMI ID=133.1> pendu de cette manière, doit être stable mais un homme de métier éprouve de la méfiance devant cette théorie. C'est pourquoi on a
-construit et essayé un véhicule expérimental pour vérifier si théorie et pratique concordent. Bien qu'un amortissement exponentiel idéal n'ait pas été réalisé, du moins pour le moment, on a constaté une aptitude à franchir les courbes et une stabilité aux mouvements de lacet qui sont excellentes.
Un avantage de cette suspension est qu'il n'y a en courbe qu'une très faible contrainte exercée sur les trains de roue en inclinaison de lacet, ceci étant dû principalement aux frottements produits dans les joints à chevilles. Avec une suspension classique, il y a une tendance au sous-virage pour les trains de roues alors qu'avec la raideur élastique négative conforme à l'invention, les trains de roues sont survireurs.
De plus, comme les.mouvements de lacet des trains de roues sont supprimés et que le franchissement des courbes se fait sans contact des boudins, il n'y a que peu ou pas du tout d'usure sur les bandes de roulement des roues. Ceci entraîne une économie considérable dans les frais d'exploitation des Chemins de Fer. Il y a aussi, bien entendu, moins d'usure sur la voie.
Un-autre avantage-procuré par tous les modes de réalisa-' tion de l'invention .est qu'on peut utiliser des bandes de roulement profilées à "usure standard" ou du type Heuman. De tels <EMI ID=134.1>
profils sont de ceux quine. changent guère avec l'usure; de- la bande de roulement ; en conséquence, les caractéristiques de fonctionnement des suspensions ne changent pas à mesure que s'usent les bandes de roulement.
<EMI ID=135.1>
<EMI ID=136.1>
1 - Procédé pour minimiser les mouvements de lacet et améliorer l'aptitude à suivre une courbe d'un wagon de chemin de
fer équipé d'au moins deux trains de roues, les trains de roues comportent des paires de roues montées rigidement sur un essieu
commun, caractérisé par le fait qu'il comprend les phases suivantes :
(a) monter les trains de roues de façon à leur donner de la liberté d'inclinaison en lacet;
<EMI ID=137.1>
<EMI ID=138.1>
clinaison en lacet ;
(c) profiler les bandes de roulement des roues avec une conicité effective supérieure à 1/20; et
(d) amortir les mouvements latéral et d'inclinaison en lacet des trains de roues par rapport au wagon.
Improvements to rail vehicle suspensions.
The invention relates to vehicle suspensions. railways. It relates in particular to the fight to be carried out against the lateral oscillations which occur on the vehicle; and it also relates to the ability of the vehicle to be steered.
Railway vehicles are dynamically unstable and the various components of a vehicle tend to oscillate sideways as it moves. The effect of these oscillations is commonly referred to as "yawing" and a distinction is made in the art between the yaw movements of the chassis, those of the truck frame and those of the wheel set.
In order to guide the vehicle, particularly in a curve, and to correct deviations from the middle of the track, it has been found desirable to use, for the wheel set, an arrangement in which the wheels, at running surface-conical or profiled, -are-mounted rigidly on common axles. This arrangement is dynamically unstable due to the taper of the wheels and the travel or sliding forces which act between the wheels and the rails. This instability is evidenced by the sinusoidal oscillations of the wheel sets, the frequency of which depends mainly on
<EMI ID = 1.1>
natural oscillations as they are connected to the vehicle frame by elastic suspension elements. At certain speeds, natural oscillations and those which depend on speed combine and the amplitude of the resulting oscillation is the factor which limits the maximum practical speed of the vehicle.
It has been found that an increase in the taper of the wheel tread lowers, and that an increase
the longitudinal stress or yaw inclination (inclination in the plane of the track) of the wheel sets increases the critical speed relative to the yaw movements for the wheel sets. For these reasons, known suspensions use longitudinal elements such as axle guards, push rods, anchors and the like which are relatively stiff and wheel tread taper which feels relatively weak and between 1/20 and 1. / 40, the latter taper being used for very high speed passenger cars. However, stiff longitudinal elements * *** oppose the yaw inclination of the wheel sets and the passage into a curve is effected by sliding the wheels on
the rails and, even in not very pronounced curves by contact of the flange of the outer wheelset leading with the inside
In addition, low taper of the tread does not achieve a correct or optimal difference between the running diameters of the inner and outer wheels. Therefore, with conventional suspensions, there is a conflict between the yaw movements of the wheelset and the ability to steer.
Another problem with classical designs is
-that it was difficult to use, for the treads of the wheels, profiles with "standard wear", that is to say a profile where the taper does not vary appreciably with the wear of the ban -
-of-rolling. The treads of the wheels show very marked wear tendencies due to the yawing movements of the wheel sets and also due to the inability
-city in which the wheels are located to follow the path of
the curved track; in other words, the wheel sets must take advantage of the contact of the flanges of their wheels with the rail.
For the above reasons as well as other considerations such as quality of suspension, initial cost, etc., the design of suspensions has generally focused on finding a compromise between the various parameters in order to develop an optimal solution. Such compromises reduce the importance of the problems that arise but do not eliminate them completely.
The aforementioned remarks can be brought to light by the following mathematical analysis of a railway suspension.
If we use the theory of pseudo-sliding, we can establish the forces acting in the contact areas between wheels and .rails and. from these forces one can determine the equations of motion for the lateral oscillation of the vehicle. Solving these equations provides the oscillations of the wheel sets <EMI ID = 2.1>
<EMI ID = 3.1>
the inertia forces of the bogie frame and the vehicle chassis and the damping elements of the suspension, analysis <EMI ID = 4.1>
shows that all the oscillations are stable (that is to say * that the amplitude of the oscillations tends to decrease with time) as long as the forward speed V of the vehicle is within the limits given by the following relation:
<EMI ID = 5.1>
<EMI ID = 6.1>
axle:,
<EMI ID = 7.1>
<EMI ID = 8.1>
r = rolling radius of the wheel when the wheel set
is in its natural position on a straight track,
<EMI ID = 9.1>
elastic elements mounted between the wheel sets and the bogie side frames, and
<EMI ID = 10.1>
From experience, we know that the stability of a vehicle increases
<EMI ID = 11.1>
decreasing tread; this appears clearly in the above relation which shows that theory and practice are
<EMI ID = 12.1>
would follow high feedback from the body as well as poor suspension quality).
Railroad wheels wear primarily as a result of rail-to-wheel flange contact during cornering and theory shows that such contact can be avoided and at the same time reasonable rolling movement of the wheels. can be maintained if, for normal radii of curvature
<EMI ID = 13.1>
praises is respected:
<EMI ID = 14.1>
R = radius of curvature of the profiled treads,
<EMI ID = 15.1> with the wheel set in central position.
The comparison between relations (1) and (2) emphasizes the conflict mentioned above between high yaw stability (requiring high stiffness k and low taper
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
The yaw stability requirements are further complicated by the feedback of inertial forces from the bogie frame or the vehicle body which causes unstable oscillations at speeds where the kinematic frequency
<EMI ID = 18.1>
0
turels of the vehicle masses. This can again be translated mathematically by introducing the inertial forces of the vehicle masses into the equations of motion. If, for example, the inertia forces result from the gyratory motion of the bogie frame around the pivot center connecting the vehicle body to the bogie are then introduced as an additional condition of stability, the following relation must be verified:
<EMI ID = 19.1>
C = moment of inertia of the bogie frame around the pivot center, and
a =. half-wheelbase of the bogie.
For normal vehicle parameters, the critical speed given by equation (3) is lower than that taken from equation (1). Here again, the stable speed range can be enlarged by increasing k and / or decreasing Y; these two modes of variation reduce the ability of the wheels to follow a curve.
Due to their use in this description, the following additional terms will be defined:
f = coefficient of slip or path, which is a function of the axle load,
<EMI ID = 20.1>
friction provided in parallel with the suspension stiffness
<EMI ID = 21.1> <EMI ID = 22.1> bogie.
As the problems defined above are of great commercial and practical importance, considerable effort has been devoted to the analysis of suspension systems. In particular, A.H. Wickens and D.E. Newland, among others, have studied what are known as "flexible suspensions". They have never used or considered using yaw inclination stresses of less than 4500 kNm / radian which are essential for the passage in curve without contact of the flange; because they consider how
<EMI ID = 23.1>
<EMI ID = 24.1>
its lace-up, cushioning is essential to minimize re-
<EMI ID = 25.1>
land estimated that, even with the low suggested stiffnesses, <EMI ID = 26.1> with radii of curvature less than 0.47 mile on
<EMI ID = 27.1>
1.435 m). Ultimately their designs are still compromise solutions between yaw stability <EMI ID = 28.1> this limited with simple four-wheel cars using elastic suspensions but he stated that such suspensions cannot be used with bogie vehicles due to
<EMI ID = 29.1>
lace movement; there are in fact thirteen resonance peaks for the yaw instability.
In order to explain the invention more fully, one can
<EMI ID = 30.1>
freely, suspended from the ground (as can be done in a roller test station) - The fundamental equations of such a wheel set are:
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
and
<EMI ID = 33.1>
The two above simultaneous equations can be solved
<EMI ID = 34.1>
to give :
<EMI ID = 35.1>
Then dividing equation 12.1 by M and equation 12.2
<EMI ID = 36.1>
of a train of wheels with the inclination in yaw, and by solving the equations, we obtain:
<EMI ID = 37.1>
The fourth degree equation (13) is solved in a classical way to give two large real roots, corresponding to the lateral translation and the disappearance of the yaw inclination of the undercarriage, and two complex roots slightly a-
-dampers for yaw tilt and lateral displacement. The amortization of disappearances is high and normally neglected. For complex roots, the damping increases with the gravitational and elastic stresses which cause the sliding and decreases with the inertia forces which determine the sliding in the opposite direction. Inertial forces increase with speed so that in the end they become dominant and the system is unstable. An analysis as outlined above is well known.
A particular object of the invention is to provide a railway suspension which resolves the conflict between stability in yaw movements and the ability to follow a curve, in a reasonably satisfactory manner.
In the context of this description and the claims, the term "railway wagon" is defined as being the basic railway vehicle comprising a wagon, which may be a body or a frame, provided with two or three sets of wheels. .
A wagon can therefore be a conventional four-wheeled vehicle or it can also be a bogie, a supertructure then being able to be articulated to two such bogies to form a vehicle. The
<EMI ID = 38.1>
tion of a bogie vehicle.
According to the invention, a method for minimizing yaw movements and improving the ability to follow a curve of a railway car equipped with at least two sets of wheels, the sets of wheels having pairs of mounted wheels. rigidly on a common axle, comprises the following phases:
<EMI ID = 39.1>
the freedom of inclination in yaw, b) limit any constraint of inclination in yaw, relating to the wagon, to a value less than 2000 kNm / radian of inclination in yaw; c) profiling the treads of the wheels with an effective taper greater than 1/20; and d) damping lateral and yaw movements of the wheel sets relative to the wagon.
Preferably, the yaw tilt stress is limited to a value less than 1500 kNm / tilt radian.
In addition, according to the invention, the method comprises
the additional phase consisting of pivoting on
a superstructure on at least two railroad cars.
According to another aspect of the invention, a railway wagon, having at least two sets of wheels mounted so as to be capable of yaw and lateral tilting movements, is characterized in that:
a) any yaw inclination constraint with respect to the wagon is limited to a value less than 2000 kNm / radian of yaw inclination b) the wheel treads are profiled and have an effective taper greater than 1/20; and c) damping means are provided to suppress <EMI ID = 40.1>
lateral tilt and yaw oscillations.
Still according to the invention, a railway vehicle is created comprising a superstructure mounted on at least two bogies which are railway wagons as defined above.
The invention is described below in more detail, with
<EMI ID = 41.1>
identical references designate similar elements and in which:
Fig. 1-shows., In partial elevation a bogie vehicle using a suspension according to the invention
Fig. 2 schematically shows a set of wheels illustrating certain dimensions relating to it:
Fig. 3 shows, in plan, a bogie equipped with a first embodiment of anchoring .Sa fig. 4 .shows .a: second, .mode of realization
Fig. 5 relates to a detail of FIG. 4.
Figs. 6 and 7 show, respectively in plan and in elevation, another embodiment.
Figs. 8 and 9 show, respectively in plan and in elevation, another embodiment.
<EMI ID = 42.1> <EMI ID = 43.1>
Figs. 11 and 12 show, respectively in plan and in elevation, yet another embodiment
Figs. 13 and 14 show, respectively in plan and in elevation, a four-wheeled vehicle using a particular embodiment of the suspension according to the invention.
. Figs. 15 and 16 show, respectively in plan and in elevation, a bogie in three parts with articulated triangles. .-fig. 17 shows a particular embodiment of a stabilizer for the yaw movements of the body;
Figs. 18 and 19 show two embodiments of. la.suspension according to the invention, coupling three sets of wheels.
Fig. 20 shows another embodiment of the invention.
Fig. 21 shows a variant of the embodiment of FIG. 20.
<EMI ID = 44.1>
its pivoting.
One of the embodiments of the invention is discussed above with reference to Figs. 1 to 5 of the accompanying drawings.
These figures show a bogie 10 belonging to a railway vehicle having a body (frame or body) 100. The bogie
10 consists essentially of a conventional bogie with three elements and comprises two sets of wheels 13, side frames 16 mounted on the sets of wheels and a dancer cross member
<EMI ID = 45.1>
wheel sets and parallel thereto '. The dancer cross
18 rests on coil springs 20 and is positioned longitudinally by a known system of wedges 108 and friction plates 110, the wedges being held in position against the dancer cross member 18 by springs 112. This system allows the dancer cross member to move transversely with respect to the side frames 16, this movement being limited by appropriate stops (not shown).
The ends of the side frames 16, generally indicated by 22, are in the form of a bridge (see fig. 1). The basics
<EMI ID = 46.1>
Each base rests on a composite or sandwich elastic member 24 comprising alternating layers of steel plates and rubber pads. Composite elements are used because they can be constructed to have low longitudinal and lateral spring stiffnesses. Any other element
-elastic having these properties can also be used, for example oscillating links (in fact, oscillating links are advantageous because, thanks to their use, the stiffnesses: longitudinal and lateral of the suspension vary linearly with the mass, but the construction is more complicated and may be more expensive). The elastic elements 24 are mounted on horizontal flanges 28 provided on adapters
26 of axle box.
These adapters 26 are mounted on bearings 15 resting on axles 14 which are rigidly attached to the wheels 12. The wheels are provided with "standard wear" profiled treads. The flanges 24 are joined by a U-shaped part 27 which is located inside a recess 25 which is provided at the lower part of one end of the cap- <EMI ID = 47.1>
lateral dre 16.
It should be noted (as shown in fig. 2) that the contact surfaces between the elastic elements 24 and the flanges
28 of the adapters 26 are in the same horizontal plane passing through the axis of the axle 14. If this presents a disadvantage from the point of view of the appearance of the construction, the springs can be moved apart from said horizontal plane, but only if one of the springs is spaced a certain distance above the plane in question and the other is spaced the same. distance below
-of this plan. This location of said contact surface is necessary to ensure that no moment is exerted on the adapter 26 when the wheelset is inclined, in yaw, that is to say that there must be no rotation of adapter 26 around axle 14.
The elastic elements 24 (of any type) have intrinsic damping characteristics. In order to increase damping as well as making it a feature which can be chosen at will, viscous or friction dampers
30 are disposed longitudinally and laterally between the side frames 14 and the adapters 26. It is also possible to use
a single shock absorber arranged angularly.
The body 100 is mounted on the bogie 10 by means of a female pivot part 106 provided with a wear plate 104 which is mounted on the dancer cross member 18, a male pivot part
102 being fixed to the body 100. With this arrangement, the bogie is free to rotate relative to the body.
- By = returning to equations (1) and (3) mentioned above - <EMI ID = 48.1>
<EMI ID = 49.1>
transform respectively into two conditions of stability '(la) and (3a), developed below:
<EMI ID = 50.1>
<EMI ID = 51.1>
With the embodiment described above, paras. meters of suspension can now be tuned or chosen in such a way that the numerator of equation (3a) becomes practically zero when the denominator becomes zero (this being necessary to avoid critical instability), i.e. for:
<EMI ID = 52.1>
In this case, the destabilizing effect of the oscillation of the bogie frame is completely eliminated and the vehicle is stable for the entire speed range given by equation (la), i.e. up to the speeds of the movements yaw of the wheel train. We also see that this speed of stability in yaw movements is greater than the speed given by equation (1),
<EMI ID = 53.1>
high stability to yaw movements without resorting to
to a suspension stiffness k greater than that given by equation (2), which maintains good ability to follow curves, the rail / coil contact only occurring on fairly tight curves.
Instabilities caused by the inertia forces of the vehicle body are similarly suppressed if the lateral stiffness of the springs 20, the lateral shock absorbers are granted.
28-and the gyratory damping obtained from the pivoting center, with the other suspension parameters already mentioned.
Thus, by selecting the profiles of the treads of the wheels, the stiffnesses of the elements 24 and springs 20 and the characteristics of the damper 30 in a manner according to the invention, the maximum damping is obtained for the movements of yaw of the wheel sets as well as for unwanted oscillations of the various masses of the vehicle.
Preferred values for the steepness of inclination at
<EMI ID = 54.1>
lace, with a taper between 0.05 and 0.15. (1/20 and
<EMI ID = 55.1>
Suitable values which have been found to be practicable to achieve motion stability.
<EMI ID = 56.1>
Yaw inclination to allow, without contact of the flange, the crossing of curves with radii greater than about 500 m are a constraint or 'stiffness of inclination in =.
<EMI ID = 57.1>
the order of 1/10 (or 0.1).
<EMI ID = 58.1>
Normal parameters are used for vehicles with
<EMI ID = 59.1>
<EMI ID = 60.1>
stiffnesses of 15 times this value and more); Y = 1/10 = 0.1
(the standard taper for wagons is 1/20 = 0.05 and for high speed trams 1/40 = 0.025).
<EMI ID = 61.1>
observed at a speed V = 4000 cm / sec approximately.
By introducing this value of V and the other aforementioned parameters, we see that equation (4b) is also approximately respected. This means that the value of the equation
<EMI ID = 62.1>
<EMI ID = 63.1>
bility normally caused by the rotation of the bogie frame has therefore been completely suppressed by tuning the suspension and not by resorting to high stiffnesses k we have low conici-
<EMI ID = 64.1>
me speed at which the vehicle (bogie) is stable is obtained from equation (la), the upper limit for V being about 400 km / h. Thus the critical speed of this vehicle is well above the maximum speed of circulation under normal conditions and this result is achieved without appreciable interference with the ability of the vehicle to follow curves.
Another advantage of this invention is that by going to even higher taper, in the range of 0.2 to 0.5,
and to lower yaw tilt stress stiffnesses, for example in the range of 80 to 750 kNm / radian, one can
(by agreeing to remove the instabilities in yawing movement of the body and not the instabilities in yawing movements of the bogie) obtain, without contact of the coil, the crossing of curves of any normal radius; in other words, even for curves with radii as low as 100 meters, which are exceptional. Suitable values for curves with radii greater than 100 meters include approximately 500 kilonewton meters per radian and tapers of the order of 0.25 and, with these values, bogie instabilities occur at 100 km / h approximately on a 1.065 m track and at approximately 120 km / h on a single track
<EMI ID = 65.1>
With such use, the wear of the treads and
<EMI ID = 66.1> <EMI ID = 67.1>
be machined or turned and replaced frequently, unlike the current situation. The use of "standard wear" profiles means that the yaw stability and the ability to negotiate curves do not deteriorate with wear. It is estimated that due to the yaw stability which is greatly improved and the advantage due to the crossing of curves without contact of the flange, the treads of the wheels only need to be machined at the end. of 1,000.
000 km. Obviously, there will be a corresponding increase in the life of the rails or the track.
Fig. 1 illustrates the symbol a and FIG. 2 the symbols,
<EMI ID = 68.1>
With regard to fig. 3, it shows an anchor 38 between the cross member 18 and the center of the axle 14. The anchor 38 comprises a bearing 40 mounted above the center of the es_sieu 14, a ball 42 connecting this bearing to a rod 46 and a second ball joint 42 connecting the rod 46 to the dancer cross member 18. It can be seen that such an anchoring does not interfere with the axle 14 in its yaw inclinations or in its lateral movements if sufficient play is allowed in the bearing. 40. On the other hand, the train of cheeks is retained longitudinally.
In practice, with the spring device without hardness which is proposed above, the wheel set could have a tendency to move longitudinally with respect to the bogie under strong stresses such as sudden braking and high acceleration. The longitudinal anchor 38 is designed to prevent
<EMI ID = 69.1>
yawing skills and the ability to negotiate curves. When there is little or no (the probability for high stresses, the anchor can still be used as an additional safety factor or be omitted.
With regard to Figs. 4 and 5, they show another embodiment of the longitudinal anchor 50 which comprises' a tubular element 52 connected at one end, by a flexible means 55 to a flange 54 which is provided by forming a cavity.
56 in the dancer cross member 18 and, at the other end, by a flexible means 55 similar to a flange 58 which is carried on the bearing 40 by supports 60. The flexible means 55 comprises a threaded element 62 engaged in the element tubular 52, steel loops 64 and 64 ', rubber O-rings or the like 66 and 66' and a nut 68. In operation, the threaded member 62 is engaged in the tubular member 50, the washer <EMI ID = 70.1>
ment 52 and the ring 66 is placed on the element 62. The latter is then introduced into a hole 53 formed in the flange 54 and the
<EMI ID = 71.1>
Finally, the nut 68 is tightened on the element 62.
This arrangement is arguably the most suitable since it functions in practice exactly like a universal or ball joint, but it has the advantage that its components can be freely adjusted or chosen to suit the dimensions of the bogie. For example, the distance between the cross beam 18 and the axle 14 can vary by a value of up to 3 cm.
While the drawings and description indicate that the
- Liment 62 is engaged by screwing in the tubular element 50, it is also possible to weld or otherwise bind the element 62 to the element 50. In this case additional steel washers can be placed between the washer 64 and element 50 to allow adjustment of the length of the anchor.
A second embodiment of the invention will now be discussed in detail, with the aid of FIGS. 7 to 19 of the drawings.
<EMI ID = 72.1>
(3) mentioned above have been extended to take into account considerations such as spring stiffness, damping factors, bogie and superstructure frame masses and moment of
<EMI ID = 73.1>
ment to the yaw and lateral inclination constraints exerted on the wheel sets. These stresses were measured in relation to the wagon or bogie on means: elastics coupling the wheel sets to the side bogie frames. As the bogie does not have infinite mass, this in fact implies that the stresses exerted on each set of wheels are measured with respect to the other or to the other sets of wheels.
In the second embodiment, it is now proposed to directly connect the wheel sets to one another by a diagonal elastic anchor. In this way, the stresses exerted on the wheel sets can be reduced to three <EMI ID = 74.1>
This implies that we will now have greater freedom to choose the various parameters in order to obtain an excellent ability to cross curves while conceding nothing in terms of stability to yaw movements. In other words, it is now possible to make the yaw pitch stress k as low as is necessary for the ability to traverse curves and increase the stress necessary for yaw stability in. choosing a suitable value for kb. In addition, since the coupling between the wheel sets is arranged diagonally, the diagonal anchor will be unconstrained in the curve.
By extending equations (1) and (3) in the same way as before, while noting that the following equations apply to a bogie vehicle but that equations of the same nature could be deduced for a simple wagon or four-wheeled one gets.
<EMI ID = 75.1>
<EMI ID = 76.1>
Equations (1b) ot (3b) give the conditions to combat the first instability of the bogie, namely that of rotation around its center of pivoting. Other equations can be deduced for the other instabilities of the bogie as well as for the instabilities of the body; these equations would have a similar form.
From equation (3b) it can be seen that instability occurs when, the denominator passes through zero and the solution to this problem is to ensure that the numerator passes through zero at the same time. Thus, the following equations must be respected simultaneously.
<EMI ID = 77.1>
As in the first embodiment of the invention, the gyratory oscillation of the bogie frame is now completely suppressed and is not unstable, that is to say does not increase in amplitude over time: vehicle is stable for the speed range given by equation (1b).
In order to obtain the crossing of curves without contact of the flange and to ensure that the diagonal coupling is unconstrained during such crossing, the yaw inclination stress k must satisfy the condition.
<EMI ID = 78.1>
<EMI ID = 79.1>
gravitational suspension.
<EMI ID = 80.1>
In practice, the yaw inclination stress is preferably chosen at a value at most equal to 750 kNm / radius of yaw inclination and the taper at a value of at least 1/10 (or 0.1). The yaw inclination stress can, of course, be made zero by the arrangement of wear plates or the like between the wheel sets and the wagon, the stress k- being suitably increased.
Several examples of diagonal coupling anchoring will now be described with the aid of the drawings.
If we refer to fig. 6 and 7 of the drawings, there is shown a suspension part. The ends of the axle 14 are provided with a smooth bearing surface 15 on which is mounted an adapter 220 for the box, for the axle. One of the arms of an articulated triangle 222 is fixed to each of the adapters 220 and can be made of elastic or resilient material such as brass, bronze.
-or treated steel, the other arm of the triangle being fixed to the adapter- <EMI ID = 81.1>
mets of the triangles 222 are coupled by articulation means 225 comprising a projection 266, detected with respect to the centers of the vertices of each of the triangles 222, a viscous or friction damper 228 and a coil spring 230 placed around the damper 228. This is not the only possible arrangement, moreover, and other resilient and shock-absorbing elements, such as leaf springs, rubber buffers or the like, may be used in a suitable configuration. On the outside of the wheel sets are mounted "U" elements 224 which are attached to the adapters 220 and are intended to reinforce the articulated triangles 222.
<EMI ID = 82.1>
or tilts in yaw around a vertical axis passing through the center of the axle, the apex of the articulated triangle associated with it moves sideways. Part of this movement is transmitted by the articulation means 225 to the other triangle
-articulated and to the other set of wheels. However, the resiliency of the triangles and the elasticity of the articulation means dampen the yaw movement by introducing a change in frequency and phase between the wheel sets. So, according to loose terminology, the responding wheel set is also tight. yaw tilt but at a slightly different frequency and phase from the original yaw tilt ** motion and, as additional sliding forces come into play, the net effect obtained is that the yaw movements of the wheel set are damped.
The articulation 225 between the articulated triangles 222 is such that it can transmit only small moments of rotation between these triangles. This means that when cornering, the suspension imposes only a minimal steering stress on each triangle and that each set of wheels is free to follow the curvature of the rails. Therefore, each set of wheels can adopt its. optimal attitude for crossing curves and the suspension has better steering ability than a conventional suspension (all elastic means between the wheelsets and the wagon being supposed to have a low stress k of inclination
<EMI ID = 83.1>
b2
If we now refer to fig. 8 and 9, we see a suspension in which a crosspiece 232 is provided to reinforce each triangle, articulated 222. The articulation means, arranged between the articulated triangles and designated as a whole by 235, are constituted by a conventional articulation with peg, comprising a flange 234 disposed at the top of one of the triangles 222, a flange or (as shown in fig. 9) two spaced flanges 236 disposed on the other triangle 222 and a pin 237 engaged in holes aligned with the flanges 234 and 236, a rubber sleeve 238 being fitted around the ankle
237. The sleeve 238 gives the articulated triangles an additional lateral elasticity.
In operation, this suspension is similar to that of the first embodiment apart from the fact that the articulation means 235 have a defined pivot axis which is materialized by. ankle 237. Thus, when the vehicle crosses a curve, the tops of the elements 222 move laterally in the same direction and there is no moment in the articulation means 235 since the movement is purely gyratory around the ankle 237. By the choice of the composition and configuration of the rubber sleeve 238, the suspension can be "tuned" to achieve the stability <EMI ID = 84.1>
optimal for the yaw movements of the wheelset, that is to say so that, among others, equations (4b) and (4b ') are satisfied.
A variant of the articulation means which can be used between the articulated triangles 222 is shown in figs.
<EMI ID = 85.1>
The means 325 comprise a small gutter sector 320 and a large gutter sector 321. The sectors 320 and 321 are respectively fixed to the triangles 222 and, at their place of attachment, account is taken of spacers 322 which are interposed between said said elements. sectors and triangles. The sectors 320 and 321 are arranged to overlap longitudinally and are connected by rubber buffers 323 and 324 which are vulcanized on the. inner face of large sector 321 and on the outer face of small sector 320, as shown in FIG. 10a, that is to say
- between each of the opposite faces.
These articulation means are simple and inexpensive to manufacture, they are durable and have required properties of elasticity and minimum moment transmission. In addition, they can be used as a standard element with triangles
-articulated standards since the arrangement of the spacers 322 allows the assembled system to adapt to variations in the length of the bogie side frame. Of course, with any of the other arrangements one can include spacers <EMI ID = 86.1>
culation or in adapters 220.
Figs. 11 and 12 show an embodiment in which the wheel sets 13 are coupled by two links
<EMI ID = 87.1>
from an axle box of one of the dermal sets to an axle box of the other set of wheels. The ends of each link are coupled to the axle boxes by pin joints 246 arranged so that the links can pivot in a substantially horizontal plane. One of the links 244 has a buttonhole 248 formed approximately at mid-length on this link, the buttonhole being wide enough to be crossed by the other link. A variant of this arrangement consists in shaping at least one of the two links into a crankpin in the vicinity of the place where they intersect.
<EMI ID = 88.1>
Each of the links 244 can have elastic means and ** or dampers 250 in parallel, these means 250 comprising a coil spring 252 in parallel with a viscous damper
254. However, any other suitable means such as rubber buffers, bent leaf springs or the like may be used. Moreover, although the links have been shown as being symmetrical, this is not necessarily so.
Although this has not been illustrated in any of the figures, it is also possible to form the links 244 in one piece with the adapters 220, that is to say either at the foundry or subsequently by welding or the like. . In such a case, the links must be flexible laterally and this can be achieved by suitably choosing the material used (bronze, for example) and 'or by giving the links
the shape of a crankpin so that it is elastic at its elbows.
In operation, if one of the wheel sets pivots or oscillates, then obviously one of its wheels comes closer and the other wheel moves away from the center of the suspension. The wheel which approaches the center forces that of the wheels of the other train
to which it is connected diagonally to be pushed away from the center and vice versa for the wheel which initially moves away
<EMI ID = 89.1>
in the same way as above, a damping of the yaw movements or oscillations of the wheel set is obtained. In a curve, the two wheel sets follow the curvature of the rails, because there is no or only little constraint on the yaw inclination of the wheel sets due to the use of independent diagonal links and any stress comes from other elements of the suspension.
To conclude the above descriptions of diagonal couplings, the following should be noted:
(a) For all of the embodiments for which cross anchors have been mounted and described, it is also possible to dispense with one of the anchors; for example, a single link 244 or a single articulated triangle arm, attached to an adapter 220 so that it cannot pivot laterally, would be sufficient.
(b) The arms of the articulated wishbones 222 could be formed <EMI ID = 90.1>
(c) The elastic and / or damping means 250 mounted in parallel with the links 244 or the other elastic and damping means 228, 238, 230, could be omitted if sufficient elasticity is offered by the materials used to form the articulated triangles and links.
These materials also have intrinsic hysteresis damping. Thus, by choosing the composition of the materials used and the dimensions of the articulated triangles and links, the required coefficients can be obtained.
(d) The diagonal coupling is used as a stabilizer for yaw movements and is unconstrained during bends. This is in contrast to prior art couplings which are in effect "steering arms" and are used to force the wheel sets to occupy a correct radial position on a short track.
-be.-Such directing arms as described in the French patent- <EMI ID = 91.1>
n [deg.] 876.249 (Dr.Ing. G.A.Gaebler), are rigidly constructed because they have to withstand large forces and they do not serve in any way as stabilizers against yaw movements. Finally, as they do not offer any real advantage, they have never been implemented normally.
We will now refer to fig. 13 and 14 of the drawings which show a four-wheeled wagon 260 provided with articulated triangles 222. The wagon comprises a body 261 resiliently supported, by means of mounting means 262, by two sets of wheels 13. Each mounting means 262 includes axle guide
264 pivotally coupled by swinging links or hanging
<EMI ID = 92.1>
tically by adapters 220 via coil springs 268 (rubber buffers or composite or sandwich elements may also be used).
There is lateral play between the housing 270 and the axle guide 264 so that the wheel sets can move longitudinally in the axle guides. This play can be of the order of 3 to 15 mm.
In operation, a number of advantages derive from the use of mounting medium 262. First, the set <EMI ID = 93.1>
-ensures that the ability of the wheel sets to be steered is not hampered by the body of the vehicle, particularly in cornering. The precise set is chosen according to the footprint - <EMI ID = 94.1>
The use of oscillating links 266 and springs 268 ensures that there is little longitudinal stress or stiffness applied to the wheel sets. This can be done since the suppression of yaw movements of the wheel sets no longer depends on the stiffness of the suspension elements. The elastic characteristics of the suspension can be chosen to achieve optimum suspension quality and steering ability.
If we now refer to fig. 15 and 16, there is seen a bogie 10 in three pieces which has two side frames 16 and a dancer cross member 18. Unlike some of the previous embodiments which have articulated triangles
222, W-shaped elements 286 are provided here, the free ends of which are curved so that they can pass around
-from the outside of the wheels to save space. Further, (as shown in Fig. 16) the arms of the elements 286 are bent vertically so that they can pass over the axles 14 and also so that the center of the pin joint 288 mounted between the elements 286 is practically in the same horizontal plane as the axles 14.
One feature, which is shown in fig. 15, but which can be applied to any of the embodiments, is that the ankle joint 288 has flanges provided with a buttonhole to provide greater longitudinal freedom between the elements 286 while being susceptible to same properties as the aforementioned embodiments.
An elastic coupling between the wheel sets and the bogie side frames, such. as shown in fig. 16, includes
<EMI ID = 95.1>
a low shear stiffness, located vertically between the side frames 16 and the adapters 220. There is again provided here a clearance between the adapters 220 and the axle guides
283 and 283 'which are arranged at the ends of the' side frames
16. This embodiment also has a low yaw stress or stiffness so that optimal steering ability can be obtained <EMI ID = 96.1>.
In combination with a diagonal elastic coupling intended to limit the yaw movements of the axles, a system of levers and springs is coupled between the axles and the body of the vehicle to limit the movements of
<EMI ID = 97.1>
coupled by a system of levers 302 and coil springs
316 to the side frames 16 and to the wheel sets 13. The lever system 302 comprises a return lever 306, capable of pivoting about its articulation axis on a console 310 fi- <EMI ID = 98.1> ends at the using an articulation pin to one of the arms of the return lever-306, the other end of the right lever 308 being connected by an articulation pin to a console 312. attached to the side frame 16. The free end of the return lever <EMI ID = 99.1>
right 308, is coupled to one end of a coil spring 316, the other end of which is attached to the flanges 313 mounted on the articulation which is provided between the trains of wheels.
<EMI ID = 100.1>
100 and each of the side frames 16.
In practice, a transverse movement of the body 100, acting through the system of lever 302 and of springs 316, rotates the wheel sets. The treads of the wheels slide on the rails until a sufficient reaction force is reached to correct the unwanted transverse movement of the body. Thus, by an appropriate choice of the stiffnesses of the springs and of the lengths of the levers, it is possible to eliminate or at least minimize the yawing movements of the body 100.
The stabilizer of the yaw movements of the body which has just been described can be considered as a "pseudoslip shock absorber" and, as this expression implies, it is a device which the yaw movements dampen by generating sliding forces in the area of contact between the rail and the rolling surface of the wheels. It should be noted that the concept of attempting to use sliding forces is known
(see among others the German patent n [deg.] 865,148 of the Company
<EMI ID = 101.1> <EMI ID = 102.1>
forces was bad. In order to explain this point, consider a movement of the body to the right (observed in the direction of advance). This movement produces a force which tends to move the articulation: has articulated triangles to the left and tends to impose on the front (rear) wheelset of a pair of bogies a yaw inclination in the (counter) clockwise direction of a watch this is in contradiction with the suggestions of the state of the art. Thus, while the force applied to the joint acts in the opposite direction to the movement of the body and therefore opposes the movement of the body according to this embodiment, the effect is, on the contrary, destabilizing in the state of the art. .
Various other configurations with force reversing means are also possible; for example, a similar coupling (302, 316) may be connected to the reinforcing member 224 mounted in FIG. 6.
Figs. 18 and 19 illustrate in plan this aspect of the invention, in its application to vehicles with three axles. The two suspensions shown are similar to those already described and can each be considered as a combination of two sets of diagonal couplings each arranged between two sets of wheels. This is how there is a coupling between the rear wheel set and the center wheel set and another between the center wheel set and the front wheel set. - -
In practice, the front and rear wheel sets pivot in the same direction and the central wheel set pivots in the opposite direction. The oscillation or yaw movements of any of the axles are damped in the same manner as previously described with respect to a two-axle bogie.
The relative orientation of a bogie with three sets of wheels, when crossing a curve in the steady state, is shown in outline in FIG. 18. According to this orientation, each of the wheel sets follows the curvature of the rails and the axles are located along radial lines starting from the instantaneous center of curvature.
Bogies with three sets of wheels are not usually used, except on rails with few curves and shallow curves due to the forces generated in the suspension - <EMI ID = 103.1>
board during bends. However, with the suspension according to the invention, it is indeed possible to use
-bogies with three sets of wheels since there are minimal stresses in the suspension when cornering. Two applications are of particular importance. The first is that this suspension can be used on heavy vehicles, such as ore wagons, in which the load can be distributed over more axles than was previously possible. The second is that can use the three-wheel bogies / on passenger cars where the load is not very heavy.
With passenger coaches, the ends of two bodies can be mounted on the same bogie; this agency-
-ment results in a reduction in the total weight of the vehicle and the use of a common bogie for two cars allows each body to be tangent to the curve during turns.
Another variation of the invention using diagonal anchors is to remove all elastic elements exerting a yaw tilt constraint, such as buffers.
made of elastomer or coil springs placed vertically between
the wheel sets and side frames of a bogie or body
wagon, and replace them with wear plates or the like. Wear plates similar to those which are conventionally used for the pivoting connection between bogie and superstructure can be used, as shown in FIG. 1. In this case, it is necessary to use a longitudinal anchor, as shown in any one of fig. 3 to 5, to transmit longitudinal forces from the wagon body or the superstructure to the wheels.
In the first embodiment, the values of the yaw tilt stress ranged from 80 to 2000 kNm / radian yaw, and in the examples the lower limits are governed by considerations of stability in motion. yaw at the expense (albeit slightly) of the ability to follow curves. The second embodiment included a diagonal anchor to compensate for the yaw tilt stress and therefore allowed values of less than 750 kNm / radian yaw tilt (up to
zero, in fact), resulting in significant improvements in the ability to follow curves. The third mode of <EMI ID = 104.1>
embodiment of the invention comprises a negative constraint of inci Trais on lace.
<EMI ID = 105.1>
defined as a spring which has a destabilizing effect increasing with displacement, i.e. which applies a force
<EMI ID = 106.1>
away from its natural position, at right angles to the longitudinal axis of the superstructure or of the wagon. This is in contradiction with a classic spring which develops a restoring force proportional to the displacement, that is to say which applies
<EMI ID = 107.1>
Billon first refers to equation (13) given above, it should be noted that, conventionally, some of its terms are neglected as being of secondary importance. The terms thus neglected, however, increase with speed until
<EMI ID = 108.1>
<EMI ID = 109.1>
are r.erdus equal or approximately equal to each other and
<EMI ID = 110.1>
is zero or negligible, and the terms
<EMI ID = 111.1>
are also made equal or approximately equal to each other and of opposite signs, so that equation (13) reduces
<EMI ID = 112.1>
in the ideal case.
<EMI ID = 113.1>
and a second set of roots
<EMI ID = 114.1>
<EMI ID = 115.1>
VM
depending on whether the ideal case is achieved or not. In <EMI ID = 116.1>
is out of order, it will return to its central position on the rails exponentially and, in the case of over-damping, it will return to the central position without exceeding this one. In either case, the invention provides a considerable improvement over the state of the art where it is known from experience that, when it is jet out of order, the wheel set not only returns to its central position but largely exceeds this position and is set: in sinusoidal movement in the horizontal plane.
In order to respect equation (14), we must choose for
<EMI ID = 117.1>
assigns a negative sign for the following reasons:
(a) A negative k allows the axles to tilt freely in yaw and thus reach the correct radial position
-.sure. curved track.
<EMI ID = 118.1>
the yaw center of the undercarriage to the frame
-wagon to its superstructure indirectly by the wagon ', ensures that the wheel set remains practically in its central position when the vehicle or wagon is stationary, that is to say does not shift towards one of the sides of the vehicle . With such a construction, it is only possible for the undercarriage to tilt in yaw, but this does not happen in practice because the slip resistance - <EMI ID = 119.1>
maximum moment of yaw tilt that can result from a negative k.
(c) A negative k would cause the car to shift to one side or the other when at rest.
(d) Contoured wheels exhibit a possible natural restoring force called gravitational suspension stiffness. This <EMI ID = 120.1>
but must first be overcome if it is a � negative that is chosen.
We can calculate the value of negative k by doing
<EMI ID = 121.1>
<EMI ID = 122.1>
<EMI ID = 123.1>
<EMI ID = 124.1> last two terms).
This gives:
<EMI ID = 125.1>
Equation (15) shows that k is a function of f (slip coefficient) which, in turn, is a function of the total vehicle weight. This brings out another advantage of the invention in that a value can be calculated for the length of k which will ensure stabilized suspension in yaw movements, independent of the load on the vehicle. For South African Railways which use tracks of approximately 1.067 m, a length of between approximately 100 and 200 mm has been used experimentally but shorter or longer lengths may be required depending on the condition of the track and the track. vehicle.
The above analysis is of a very simple nature since it applies to a train of wheels suspended from the ground and does not take into account the movements of the body and / or the bogie. However, this design can be extended to a whole vehicle system and although it is considered in the present state of affairs that it may not be possible to achieve the ideal damping situation. exponential, an over-damped system would certainly be possible. This impossibility of reaching the ideal results from the fact that the equations of motion are very complex and that certain approximations must be made. Equations can, however, be solved empirically using a computer in which the ideal can be realized.
The analysis made so far shows that it will be necessary to have a lateral damping between the wheel sets and
the superstructure and / or the wagon. In addition, in a vehicle mounted on a bogie, it is also advantageous to have damping between the bogie and the body, if the bogie is mounted on a dancer cross member, conventional systems such as wedges and plates can advantageously be used. wear, but, for passenger cars, one may also have to use viscous shock absorbers.
Additional damping is required longitudinally between the body and the axles. In this case, viscous or friction damping can be used.
Although this invention is primarily concerned with the stabilization of <EMI ID = 126.1>
yaw movements of the wheel sets because this factor is the one which, among other things, causes the wear of the tire treads and ultimately limits the maximum operating speed of the vehicle, the stabilizer of the yaw movements of the body described above can also be incorporated by adding suitable articulated triangles.
If we now refer to fig. 20 of the drawings, there is a schematic representation of a side bogie frame
16, an inverted pendulum or articulation 422 and a set of wheels
13 coupled to the side frame 16 by the inverted pendulum 422. The wheel set 13 comprises two wheels 12 having tapered treads with a "standard wear" or Heumann profile profile, rigidly mounted on a common solid axle 14. At the ends of the axle 14 or in the vicinity thereof, it is
<EMI ID = 127.1>. Horizontal flanges 28, on either side of axle 14. Axlebox adapters can be of any conventional construction. Vertical flanges 420 are fixed to the upper face of each of the flanges 28. These vertical flanges
420 are provided with pins 426 so that one end of an elongate element 428, practically rigid, can be connected to them at their other ends. 428 elements are articulated by <EMI ID = 128.1>
bearings 15 are mounted between adapters 26 and axle 14.
If we refer to fig. 21 where identical references
<EMI ID = 129.1>
"rigid" pivoting between the side frame 16 of the bogie and the wheel set. According to this embodiment, the connection comprises an eccentric member or crank 430 which is mounted to rotate around the axle 14 and which is articulated by an axis or pivot 432 a to the side frame 16.
A feature which is shown in fig. 21 but which can also be used with the previous embodiment consists in that the stops 434 and 435 are fixed to the side frame 16. They serve to limit the inclination of the yaw wheel set. Any other suitable stops can also be used.
<EMI ID = 130.1>
pivoting link which can be used between the wheel sets and the side frames 16 of the wagon. This binding includes <EMI ID = 131.1>
a substantially rigid member 436 which is in the form of a thick rectangular plate *** of which two opposite sides, designated 437, are rounded and shaped to accommodate shallow grooves 439 formed in two buffers of rubber 438. These buffers are attached respectively to the side frame 16 of the bogie and to the flanges 28 with which the adapters 26 of the axle boxes are fitted.
This pivot link functions in much the same manner as those described above except that, due to the depth of element 436 which can be
by approximately 10 cm, there is an increase in the lateral stiffness of the suspension in the connection. In addition, buffers of rubber or other elastomeric material may be chosen to vary the lateral stiffness of the suspension as well as to provide longitudinal and lateral damping.
The link just described. can be adapted for use with either of the embodiments described above, for example replacing the ankle joint 432 of FIG. 21 or at least one of the two ankle joints 424 and 426 of FIG. 20.
Longitudinal anchorages of the types previously described, which act to hold the wheel set longitudinally relative to the vehicle only and do not interfere with the transverse or yaw movements of the wheel set, are used (and are in fact necessary) with all embodiments with negative springs.
For driving wheels, for example on an electric or diesel-electric locomotive, the anchor can be coupled to the motor itself, the latter being rotatably mounted on the axle. This of course applies to all the embodiments described above.
<EMI ID = 132.1>
negative suspension according to the invention is at rest, the design of the pivoting elements on them gives lateral stiffness which prevents relative lateral movement between the bogie frames and the wheel sets. In addition, the longitudinal anchors maintain the yaw pivot center of the wheelset. Thus, the wheel set is only free to tilt
in yaw but such an inclination does not in fact occur because the frictional forces acting in the area of contact between the tread of a wheel with the rail or the track are greater at any moment of coupling arising from the negative stiffness pivot elements and the wheel sets remain in their central position when the vehicle is at rest.
When the vehicle is moving, frictional forces are generated in the area of contact between the treads of the wheels and the track and they act to bring the wheel set to its central position. During normal use, that is to say at usual speeds, the wheel sets act as predicted by the analysis described above. Thus when the wheel set is disturbed transversely or in yaw inclination, it returns to its central position in either an exponential or overdamped manner.
<EMI ID = 133.1> hanged in this way, must be stable but a skilled person is suspicious of this theory. This is why we have
-built and tested an experimental vehicle to check if theory and practice match. Although ideal exponential damping has not been achieved, at least for the time being, excellent cornering ability and yaw stability have been observed.
An advantage of this suspension is that in the curve there is only a very low stress exerted on the wheelsets in yaw inclination, this being mainly due to the friction produced in the ankle joints. With a conventional suspension, there is a tendency to understeer for the wheel sets while with the negative elastic stiffness according to the invention, the wheel sets are oversteers.
In addition, since the yaw movements of the wheelsets are suppressed and the crossing of the curves is done without contact of the flanges, there is little or no wear on the treads of the wheels. This results in a considerable saving in the operating costs of the Railways. There is also, of course, less wear and tear on the track.
A further advantage of all embodiments of the invention is that "standard wear" or Heuman type profiled treads can be used. Such <EMI ID = 134.1>
profiles are of those quine. hardly change with wear; de- the tread; therefore, the operating characteristics of the suspensions do not change as the treads wear.
<EMI ID = 135.1>
<EMI ID = 136.1>
1 - Method for minimizing yawing movements and improving the ability to follow a curve of a railroad car.
iron equipped with at least two sets of wheels, the sets of wheels have pairs of wheels rigidly mounted on an axle
common, characterized by the fact that it includes the following phases:
(a) mount the wheel sets in such a way as to give them freedom of inclination in yaw;
<EMI ID = 137.1>
<EMI ID = 138.1>
clinaison lace;
(c) profiling the treads of the wheels with an effective taper greater than 1/20; and
(d) dampen lateral and yaw movements of the wheel sets relative to the wagon.