Bogies articulés pour wagons de chemins de fer La présente invention est relative à des bogies articulés pour des wagons de chemins de fer.
Bien qu'elle soit susceptible d'une application plus étendue, par exemple dans le domaine des véhicules
<EMI ID=1.1>
invention peut réduire l'usure par frottement latéral
des bandages, ainsi que diminuer la largeur prise sur
la route pour la négociation des courbes, l'invention
est intéressante particulièrement pour les véhicules
de chemins de fer et plus particulièrement pour des bogies de wagons de chemins de fer ayant plusieurs essieux. Par suite, et à titre d'exemple, on illustrera l'invention et on la décrira en se référant plus spécifiquement au matériel roulant des chemins de fer.
Les essieux des bogies de wagons de chemins de
fer, en usage normal, restent sensiblement parallèles à tout moment (vus en plan). Une conséquence très importante de ce fait est que l'essieu de tête ne peut prendre une position radiale par rapport à une piste courbe, et que les boudins des roues frappent les rails courbes suivant un angle, ce qui provoque un bruit criticable et une usure excessive, tant des boudins que des rails.
On a attaché beaucoup d'intérêt à écarter ces difficultés, et notamment à prolonger la longévité de roues dont les surfaces de roulement ont un profil conique.
Cet expédient a aidé les bogies de véhicules à négocier des courbes très progressives. Cependant, lorsque les facteurs économiques ont conduit les chemins de fer à accepter des charges sur roues plus élevées et des vitesses de marche plus grandes, le degré d'usure des roues et des rails est devenu un problème très important. Une seconde limitation grave du rendement et une aggravation de l'entretien proviennent des oscillations excessives
et même violentes des bogies à grande vitesse sur voie rectiligne. Dans cet " effet de nez" ou de galop du bogie, les ensembles de roues rebondissent dans un sens
et dans l'autre entre les rails. Au-delà d'une certaine vitesse critique, le mouvement de galop est amorcé par
une irrégularité quelconque de la voie. Une fois commencé, ce mouvement de galop persiste souvent sur des kilomètres durant, avec choc des boudins, dureté de marche, usure
et bruit, même si la vitesse a été réduite sensiblement
en dessous de la valeur critique.
Dans des efforts récents pour vaincre ce problème du passage des courbes, une souplesse à l'égard du mouvement de lacet a été introduite dans la conception de quelques bogies et on a même proposé des arrangements permettant aux essieux des roues d'un bogie d'osciller
et de venir ainsi se placer sensiblement radialement dans une voie courbe. Cependant, ces efforts n'ont rencontré aucun succès réel, principalement parce qu'on n'a pas reconnu l'importance qu'il y a à créer la contrainte ou retenue latérale nécessaire, ainsi que la souplesse à l'égard du mouvement de lacet entre les deux ensembles de roues d'un bogie pour empêcher le galop à grande vitesse.
Pour les fins de l'invention, la raideur à l'égard du mouvement de lacet peut être définie comme la retenue ou contrainte s'opposant au mouvement angulaire des ensembles de roues dans le sens de la direction, et particulièrement la retenue s'opposant au mouvement de lacet, conjoint, d'une paire couplée d'ensembles de roues dans
<EMI ID=2.1>
tenue s'opposant au mouvement d'un ensemble de roues dans la direction de son axe général de rotation, c'est-à-dire en travers de la ligne de mouvement général du véhicule. Dans l'appareil suivant l'invention, cette raideur latérale agit également comme retenue s'opposant au mouvement de lacet différentiel d'une paire couplée d'ensembles de roues.
Les problèmes généraux prémentionnés produisent beaucoup de difficultés particulières qui, toutes, contribuent à des frais excessifs d'exploitation. Par exemple, il y a la détérioration du rail ainsi que l'élargissement de l'écartement dans les courbes. Dans un parcours rectiligne , le galop ou effet de nez des bogies provoque une mise en charge dynamique élevée des dispositifs de fixation des voies et de l'adaptation avec frettage des roues sur les essieux, avec pertes et risques d'accidents. Un coût plus élevé, correspondant, de l'entretien, en résulte pour les bogies et pour les wagons. Quant à ce qui est
des bogies, on peut citer par exemple l'usure des boudins et les degrés d'usure élevée de la traverse dansante et
des surfaces de l'ossature latérale et des adaptateurs
des roulements.
Quant aux wagons, il se produit une usure excessive de la plaque centrale ainsi qu'une fatigue de la structure et une aggravation du risque de déraillement résultant des forces excessives sur les boudins. Les effets
des besoins de puissance et de.frais d'exploitation, qui proviennent des problèmes d'usure des genres prémentionnés, apparaîtront comme évidents aux spécialistes.
En bref, le fait qu'on n'a pas reconnu la part jouée par la raideur à l'égard du mouvement de lacet et par la raideur latérale a conduit à : (1) un contact du boudin dans presque toutes les courbes ; (b) de grandes forces sur les boudins lorsque ce contact se produit ; et
(c) des difficultés excessives dues à l'oscillation latérale à grande vitesse. Les problèmes d'usure et les frais qui résultent du fait qu'on n'a pas apprécié les valeurs convenables de la raideur à l'égard du mouvement de lacet et de la raideur latérale, et qu'on n'a pas commandé ces valeurs, se comprennent maintenant.
L'invention a pour but général de résoudre ces problèmes, et à cette fin, elle utilise un bogie articulé ayant des moyens de retenue élastiques,placés de manière originale, qui permettent d'obtenir une marche sans intervention des boudins dans des courbes progressives, de faibles forces aux boudins dans les courbes de petit rayon et une bonne stabilité aux grandes vitesses.
L'inventeur a découvert encore que l'application de certains principes de l'invention à des véhicules routiers a pour effet non seulement de réduire l'usure par frottement des bandages et l'encombrement, comme déjà dit, mais assure aussi une bonne stabilité à grande vitesse.
Pour obtenir ces résultats généraux et en se référant particulièrement aux bogies de wagons de chemins de fer, l'invention procure un bogie articulé construit de telle façon que : (a) chaque essieu ait sa valeur propre, souvent individuelle, de raideur à l'égard du mouvement
de lacet par rapport à l'ossature du bogie;(b) qu'une raideur latérale soit assurée, propre à l'échange des couples de direction,de manière convenable, entre les essieux et avec le corps du véhicule ; et (c) la valeur convenable de raideur à l'égard du mouvement de lacet
soit assurée entre le bogie et le wagon.
Une forme de réalisation qui représente l'invention a été essayée à environ 128 kilomètres/heure, virtuellement sans traces d'instabilité. Avec une autre forme de réalisation, une courbure radiale a été observée à un rayon inférieur à 15 mètres, et un fonctionnement sans intervention des boudins a été obtenu,avec toutes les formes de réalisation,sur des courbes d'au moins 4 degrés.
Plus particulièrement, un but de l'invention est d'empêcher avec souplesse le mouvement de lacet des essieux, en prévoyant des moyens de retenue ou de réduction de valeur prédéterminée, entre les bâtis latéraux
et les leviers d'attaque de direction d'un bogie ayant une paire de sous-bogies couplés par des leviers d'attaque de direction soutenant rigidement les essieux. Des moyens élastomères sont prévus à cette fin entre les essieux
et les bâtis latéraux, de préférence dans la région des moyens à roulements. Ces moyens peuvent être prévus sur
un des essieux du bogie ou sur les deux. S'ils sont prévus sur les deux essieux, il peut y avoir plus ou moins de retenue exercée sur un essieu plutôt que sur l'autre, suivant les besoins du modèle de bogie particulier désiré.
Un autre but de l'invention est de procurer des moyens de retenue en élastomère dans la région de couplage entre les leviers pour amortir les mouvements latéraux des essieux, ce qui se traduit par un effet de lacet différentiel d'une paire couplée de sous-bogies.
L'invention présente aussi la particularité de certains perfectionnements de la barre de remorquage, qui tiennent compte des forces longitudinales exercées entre le corps du wagon et les ensembles de roues montés de manière souple. Cet arrangement a divers avantages, discutés ci-après, dont l'un est d'empêcher des déviations excessives dans les patins d'élastomère qui servent à monter les leviers d'attaque de direction sur les bâtis latéraux, et les bâtis latéraux sur le corps du wagon.
Suivant une autre particularité de l'invention, une surface portante à glissement spéciale est prévue entre les bâtis latéraux du bogie et le corps du wagon, pour limiter encore les forces sur les boudins dans des courbes de très petits rayons.
L'invention considère aussi des perfectionnements aux freins qui, lorsqu'on les utilise en association avec des bogies articulés suivant l'invention, éliminent virtuellement le contact des patins de freins avec les boudins des roues . Avant l'invention, ce contact conduisait à une usure sensible et à une inégalité dans le freinage.
Sur les dessins, on a représenté diverses formes
de réalisation de l'invention. Sur ces dessins:
- La figure 1 est un schéma montrant une première forme de réalisation de l'invention, et montrant un wagon de chemins de fer ayant des moyens à bogie comportant une paire d'ensembles de roues, couplés et amortis suivant les principes de l'invention;
- la figure 2 montre schématiquement et en termes fondamentaux la réponse d'un tel bogie à une courbe ;
- la figure 3 montre un tracé de la réaction de la force aux boudins entre les bâtis latéraux du bogie et le wagon, en utilisant des moyens de retenue modifiés et dans des conditions de courbure très brusque, la réaction étant reportée en fonction de l'angle de courbure de la voie;
- la figure 4 est un schéma des forces analysant la réponse d'un bogie semblable en général à celui que montre la figure 1, et comprenant en plus une barre de direction ou barre de remorquage ;
- la figure 5 est une vue en plan d'un bogie de wagon de chemins de fer, construit suivant l'invention, et réalisant les principes représentés schématiquement aux figures 1 et 4 ;
- la figure 6 est une vue latérale en élévation de l'appareil montré à la figure 5;
- la figure 7 est une vue en plan du bogie de chemins de fer des figures 5 et 6, avec certaines parties supérieures omises, pour montrer plus clairement les leviers d'attaque de direction, leur liaison centrale et des particularités de la timonerie des freins;
- la figure 8 est une vue en élévation latérale de l'appareil montré à la figure 7 ;
- la figure 8a est un polygone des forces représentant le fonctionnement des freins;
- la figure 9 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 9-9 de la figure 6 ;
- la figure 10 est une vue en coupe transversale agrandie de la structure des boites des coussinets, suivant la ligne 10-10 de la figure 6 ;
- la figure 11 est une vue en coupe agrandie de la liaison centrale des leviers d'attaque de direction, considérée suivant la ligne 11-11 de la figure 7;
- la figure 12 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 12-12 de la figure 11;
- la figure 13 est une vue en plan montrant une forme modifiée du bogie de wagons de chemins de fer réalisant l'invention, qui fait usage de pièces coulées de bâtis latéraux et de traverse dansante, semblables à ceux que l'on utilise sur des bogies de wagons de marchandises classiques ;
- la figure 14 est une vue en élévation latérale de l'appareil de la figure 13 ;
- la figure 15 est une vue en plan et en coupe agrandie du dispositif de liaison central des leviers d'attaque de direction du bogie des figures 13 et 14; - la figure 16 est une vue en plan d'une autre forme modifiée de bogie, semblable à la figure 5, mais ayant des roulements intérieurs ;
- la figure 17 est une vue en plan fragmentaire d'une modification représentant des butées latérales pour les bâtis latéraux d'un bogie, du genre général montré aux figures 5 à 10 ; et
- la figure 18 est une vue en bout, fragmentaire, de l'appareil de la figure 17.
Les particularités de direction de la première forme de réalisation d'un bogie de wagon de chemins de fer, à quatre roues, sont montrées quelque peu schématiquement aux figures 1 et 2. La forme de réalisation pour l'emploi en dessous de l'extrémité de queue d'un véhicule routier serait virtuellement identique mais, par simplicité, on utilise, dans la description, la terminologie relative aux bogies des wagons de chemins de fer.
Les paramètres essentiels sont les suivants:
-La raideur (longitudinale) à l'égard du mouvement de lacet <EMI ID=3.1>
du bogie est très grande, c'est-à-dire que c'est une liaison clavetée.
- La raideur à l'égard du mouvement de lacet entre l'es- <EMI ID=4.1>
- La raideur à l'égard du mouvement de lace-t entre les <EMI ID=5.1> dépendants, étant libres de s'aligner sur les roulements
(non montrés) des essieux A et B, même lorsqu'il y a une flèche sensible en direction longitudinale de l'élément élastique k .
Les forces latérales entre les deux essieux sont échangées au point P situé dans la région centrale entre deux sous-bogies ou leviers d'attaque de la direction, A'
<EMI ID=6.1>
aussi apporter une contribution à la raideur à l'égard du mouvement de lacet entre les deux essieux. Cette liaison assure l'équilibrage des couples de direction entre les deux essieux, tout en assurant la raideur latérale.
La réponse fondamentale d'un tel bogie à une courbe
<EMI ID=7.1>
ont été déviées par les forces latérales F. Les forces F peuvent provenir soit du contact des boudins, soit des couples de direction provoqués par les forces de cheminement entre les roues et les rails. On a observé expérimentalement que pour des valeurs relativement faibles de ka
<EMI ID=8.1>
valeurs plus élevées, la valeur propre pour ce rapport doit être choisie en fonction de l'empattement w du bogie et de la distance s de l'essieu B au centre du wagon. On
a ainsi un moyen pour avoir la valeur élevée pour la raideur à l'égard du mouvement de lacet, nécessaire pour la stabilité à grande vitesse, tout en assurant simultanément le positionnement radial des essieux dans les courbes de petits rayons. Les relations mathématiques fondamentales qui assurent le positionnement radial des essieux sont les suivantes:
Pour que les essieux soient en position radiale, leur déplacement angulaire sera proportionnel à leur distance du centre du corps du wagon :
<EMI ID=9.1>
où c = courbure par unité de longueur le long de la courbe.
Ceci donne le rapport suivant entre les angles et les distances:
<EMI ID=10.1>
Les angles sont aussi indépendants de la raideur à l'égard du mouvement de lacet
<EMI ID=11.1>
En substituant, on trouve que la relation entre les raideurs à l'égard du mouvement de lacet et la distance doit être
<EMI ID=12.1>
Etant donnée la proportionnalité ka/ke = s/2w , c'est chose simple que de traduire les valeurs de la retenue élastique en composantes convenables. Dans la conception et l'essai d'une des formes de réalisation de bogies décrites ci-après, la valeur de k a a été choisie pour obtenir la stabilité à l'encontre d'un mouvement de galop jusqu'à une valeur de vitesse du wagon de 160 kilomètres/heure. Avec cette composante établie, l'emploi de la proportionnalité considérée ci-dessus donne les valeurs à réaliser dans d'autres moyens de retenue par élastomères qui sont disposés entre le corps du wagon
<EMI ID=13.1>
Dans le cas de véhicules sur rails où il n'y a qu'un faible jeu entre les boudins des roues et le rail, le rapport ci-dessus doit être maintenu étroitement. L'action des forces naissant des couples d'auto-direction des ensembles de roues corrigera certaines erreurs et le comportement en courbe sera supérieur à celui d'un bogie classique, même si la perfection n'est pas atteinte.
Dans le cas de véhicules routiers, lorsqu'on a choisi une faible valeur de k , le bogi� arrière tendra
à suivre l'extrémité avant du véhicule assez précisément dans une courbe. Lorsque ka est augmenté , l'extrémité de queue du véhicule suivra à l'intérieur l'extrémité avant.
<EMI ID=14.1>
sera toujours supérieur à la caractéristique de suite ou de marche d'un bogie classique. Ainsi qu'on le comprendra,
<EMI ID=15.1>
Alors que la forme de réalisation montrée aux figures 1 et 2 donnera le perfectionnement souhaité dans le comportement en courbe et la stabilité à grande vitesse de toutes les courbes de chemins de fer classiques, il est nécessaire aussi de limiter la force F aux boudins, qui se présente lors du franchissement occasionnel de courbes de très petits rayons. Ceci se fait le plus faci-
<EMI ID=16.1> <EMI ID=17.1>
L'expression de cette retenue comporte une partie
<EMI ID=18.1>
des sections d'extrémité où la valeur est bien inférieure. Ceci limitera la force de réaction R entre les bâtis latéraux du bogie et le véhicule, ce qui limitera à son tour la force F sur les boudins.
Pour certaines applications, telles que les véhicules à passage rapide sur rails, où il est nécessaire d'obtenir l'usure minimale aux boudins et le bruit de marche le plus faible sur des courbes à petits rayons, tout en obtenant en même temps une bonne stabilité à grande vitesse, il sera souhaitable d'ajouter la particularité montrée à la figure 4. L'addition de la barre de direction ou barre de remorquage L donne un moyen pour avoir une grande raideur à l'égard du mouvement de lacet, sur une voie rectiligne, sans contribuer de façon importante à la force sur les boudins dans les courbes. La
<EMI ID=19.1>
à l'égard du mouvement de lacet entre le véhicule et le train de roulement et à l'intérieur du train de roulement .
Les paramètres suivants interviendront à propos
de la figure 4:
s = distance du centre du véhicule à l'essieu le plus proche;
w = empattement du bogie d'essieu à essieu;
b = ligne centrale du sous-bogie (levier d'attaque de direction) associé à l'essieu B;
a = ligne centrale du sous-bogie (levier d'attaque de direction) associé à l'essieu A ;
c = ligne centrale de l'ossature du bogie;
0 = centre (point de pivotement) de l'ossature du bogie; P = point de liaison des sous-bogies entre eux;
L = barre de remorquage (barre de direction). A la figure
4, on a montré cette barre décalée par rapport à la ligne centrale du véhicule pour mieux montrer kt;
M = point de liaison entre la barre de remorquage et le
sous-bogie a ;
x = distance entre le centre 0 du bogie et le point de
liaison en M ;
kt= souplesse ou flexibilité latérale qui limite l'aptitude de la barre de direction à conserver la position latérale de M comme la même que la position latérale de P. (Lorsqu'on a fait fonctionner certains prototypes de bogies dans la configuration de la figure 4, kt était la raideur latérale des patins utilisés pour assurer ka entre les bâtis latéraux et les sous-bogies}; y = distance entre la liaison de la barre de direction à
l'ossature du bogie en M et le point de liaison de la barre au véhicule ; et
f = distance entre la ligne centrale du bogie et le point
M à la distance x du centre du bogie. Cette dimension est utilisée dans le calcul de la dimension convenable de x.
<EMI ID=20.1>
trouvées expérimentalement. Cependant, on peut montrer que x doit être plus grand qu'une valeur minimale spécifique pour laquelle les essieux prendraient une position radiale si les retenues ou contraintes kt étaient infiniment rigides. Cette valeur minimale peut être calculée en utili- <EMI ID=21.1>
basée sur le fait que l'angle entre "b" (L à l'essieu B, figures 1 et 2) et la ligne centrale du véhicule, et l'angle entre Il a" (L à l'essieu A,figures 1 et 2) et la ligne centrale du véhicule, sont proportionnels aux <EMI ID=22.1>
latérale f de la figure 4 peut être calculée de deux façons, c'est-à-dire:
<EMI ID=23.1>
En égalant ces deux expressions, on a:
<EMI ID=24.1>
En résolvant en x , on a:
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1>
de la valeur totale pour la raideur à l'égard du mouvement de lacet, requise pour la stabilité à grande vitesse,
<EMI ID=27.1>
et du pourcentage de la valeur de contribution de la raideur à la rotation de la liaison en P. La valeur kt peut être choisie pour apporter le reste désiré.
Il y a aussi la question de choisir une valeur convenable pour y. Cette valeur doit être choisie en général aussi grande que possible si l'on désire diminuer le couplage entre le mouvement latéral du véhicule par rapport au train de roulement et les mouvements de direction des essieux. Cependant, la longueur y a été réduite aux deux
<EMI ID=28.1> ayant donné certaines indications du fait qu'un certain degré de couplage entre le mouvement latéral du corps du wagon par rapport au bogie et l'action de direction du bogie aide à stabiliser les mouvements latéraux du corps du wagon.
Les principes exposés ci-dessus peuvent être utilisés directement pour concevoir un train de roulement
<EMI ID=29.1>
Ces principes ont été utilisés également pour concevoir un bogie à trois essieux.
Les principes considérés ci-dessus ont été appliqués dans la conception d'un certain nombre de bogies spécifiques , particulièrement de bogies de wagons de marchandises. A titre d'exemple, on a montré trois de
ces formes de réalisation. L'une apparaît aux figures 5
à 12 ; une autre aux figures 13 à 15 et la troisième à la figure 16. Des modifications de détail sont montrées aux figures 17 et 18.
En se référant en détail d'abord aux figures 7 et 8, dont certaines parties ont été omises pour montrer plus clairement la façon dont chacun des deux essieux 10 et 11 est soutenu rigidement par son sous-châssis(appelé dans la description levier d'attaque de direction), on verra que chaque essieu est porté par son levier d'attaque de direction, 12 et 13 respectivement, et que chaque essieu
a une disposition angulaire sensiblement fixée par rapport à son levier d'attaque de direction, dans le plan général de la paire d'essieux. Les leviers d'attaque de direction sont en forme générale de C, vus en plan, (voir les leviers d'attaque de direction A' et B' des figures 1 et 2), et chacun a une partie qui s'étend de son essieu associé à une région commune (12a,13a) sensiblement à mi-distance entre les deux essieux. Des moyens désignés de façon générale par 14, auxquels on se reportera plus en détails ci-après, couplent les leviers d'attaque de direction 12 et 13 avec liberté de mouvement de pivotement relatif et avec une raideur prédéterminée à l'encontre du mouvement latéral dans la direction générale du prolongement de l'essieu.
Dans cette forme de réalisation, la raideur à l'encontre du mouvement latéral , dans la direction du prolongement de l'essieu et dans le plan des essieux (cela correspond aux moyens élastiques K1 montrés schématique-
<EMI ID=30.1>
laire 15 d'une matière élastomère convenable quelconque, par exemple de caoutchouc. Elle est convenablement liée à une ferrure ou douille 16( voir particulièrement les figures 11 et 12) prévue comme un prolongement du levier d'attaque de direction 13, et à un boulon 17 qui couple les leviers d'attaque de direction, ainsi que cela est évident. Ce bloc ou tampon 15 par lequel les couples de direction sont échangés a une raideur latérale considérable.L'élasticité est suffisante pour que chaque essieu soit libre de prendre une position radiale en voie courbe et suffisante pour permettre un léger mouvement de lacet parallèle des essieux.Ceci a pour effet d'empêcher le contact des boudins sur voie rectiligne lorsqu'il y a des charges latérales telles que de forts vents transversaux.
Considérant à présent la façon dont chaque essieu est porté par son levier d'attaque de direction associé, on voit que chaque levier d'attaque de direction porte,
à chacune de ses extrémités libres, une structure de boite de coussinets 18 faisant corps avec le levier.(Voir par exemple le levier 12 aux figures 7 et 8). La forme
de la boite peut se voir facilement sur les figures et elle s'ouvre vers le bas pour recevoir une structure d'adaptation de roulements, 19, de type connu, qui loge la cartouche de roulement 20. Les deux extrémités des deux essieux 10 et 11 sont montées de cette façon qui ne demande pas ici de description plus détaillée. Des boulons de retenue 21 empêchent le roulement 20 de tomber hors
de l'adaptateur 19 lorsque le bogie du wagon est soulevé par l'ossature du bogie.
Chaque boîte de coussinets 18 présente des brides espacées 22,22 qui ont des parties qui s'étendent vers le haut et latéralement par rapport à la boîte de coussinets. Ces brides servent de moyens de retenue pour les bâtis latéraux du wagon et également pour des tampons originaux intercalés entre les boîtes de coussinets et les bâtis latéraux, comme on va le décrire à présent. Cependant, avant de procéder à cette description, et en se référant encore aux figures 7 et 8, on observera encore que chaque levier d'attaque de direction 12 et 13 porte un nouveau frein et un nouvel ensemble de poutre de freins.
Ces ensembles sont désignés de façon générale par 23
(figure 3) et chacun comprend une poutre de frein étançonnée, s'étendant transversalement entre les roues (par exemple les roues 25,25 portées par l'essieu 10) et chaque extrémité de chaque poutre porte un patin de frein 26 aligné avec la bande de roulement de la roue placée en face,et disposé pour venir en contact avec elle. La monture des ensembles de freins est caractéristique de l'invention - dans laquelle chaque essieu est fixé contre des mouvements d'oscillation par rapport à son levier d'attaque de direction associé - et possède des avantages importants que l'on considérera dans la suite de la description.
Pour les buts actuels, il suffit de souligner que les poutres de freins 24 sont empêchées de se déplacer latéralement en s'approchant et en s'éloignant des boudins 25a des roues, et, à cette fin, les parties d'extrémité opposées des poutres sont portées par des dispositifs de suspension du genre de tiges 27 dont chacune s'étend à travers un tampon incliné 28 et est fixée à un tel tampon prévu dans les parties de coin de chaque levier d'attaque de direction 12 et 13 (voir particulièrement la figure 8).
En accord particulier avec l'invention, et en se reportant aux figures 5 et 6, on se réfèrera maintenant
à la façon dont les bâtis latéraux du bogie,29,29 , sont portés par les leviers d'attaque de direction, étant soutenus par des moyens élastomères qui s'opposent de façon souple à des mouvements de lacet conjoints de la paire couplée d'ensembles de roues, c'est-à-dire assurent la retenue des mouvements de direction des essieux l'un par rapport àl'autre et s'opposent ainsi à ce que les sousbogies (les leviers d'attaque de direction et leurs essieux) s'écartent d'une position dans laquelle les ensembles de roues sont parallèles. Ainsi qu'on le comprendra d'après les figures 2 et 3 décrites ci-dessus, les moyens
<EMI ID=31.1>
lement aux extrémités de l'essieu le plus éloigné du centre du véhicule. Cependant, il est souvent désirable de prévoir de tels moyens de retenue aux extrémités de chaque essieu. Par suite, les figures 5 et 8 montrent la retenue ou contrainte sur chaque essieu ; elle peut être
de valeur différente pour chacun, suivant la conception particulière du bogie.
( On comprendra que le mot de retenue ou de cont-rainte entend désigner tant l'objet matériel créant une retenue ou une contrainte élastique qui agit dans un sens tendant à s'opposer à un mouvement en un endroit de la construction, que la fonction correspondan te) .
Comme montré aux figures 5 et 8, les moyens de retenue prennent la forme de tampons d'élastomère 30, de préférence de caoutchouc, portés au-dessus de la boîte
de coussinets, entre les brides 22, et intercalés entre la surface plane 18a, présentée vers le haut, de chaque boîte de coussinets 18 et la surface inférieure 31 placée en face (figure 10) de la structure de poutre en I qui comprend les parties d'extrémité 32, vers l'extérieur,
de chaque bâti latéral 29. Comme indiqué aux figures 7 et 8, et comme montré le mieux à la figure 10, les tampons 30 sont pris en sandwich entre de minces plaques d'acier 30a,
30a , dont la plaque supérieure porte un goujon 33 et
dont la partie inférieure est munie d'une paire de goujons 34. Les goujons supérieur et inférieurs sont reçus
à l'intérieur d'ouvertures convenables prévues respectivement dans la surface 31 de la partie d'extrémité de bâti latéral 32 et la surface 18a, placée en face, de
la boite de coussinets 18. Le but des goujons est de situer les tampons d'élastomère 30 par rapport à la boîte de coussinets et de placer le bâti latéral par rapport
au tampon 30. Le bâti latéral est ainsi soutenu au-dessus des tampons et entre les brides 22.
Comme montré à la figure 6, chaque bâti latéral
29 possède une partie centrale qui est plus basse (vue
en élévation latérale) que ses parties d'extrémité 32. Cette partie centrale comprend une partie de voile 35 ayant un dessus s'étendant latéralement, formé par une bride 36 plus étroite à ses extrémités extérieures (figure 5), qui se trouve au-dessus de la boîte de coussinets 18 et qui assure la surface portante 31 (figure 10). La bride 36 atteint sa largeur maximale dans une partie centrale plate
37 qui constitue un siège pour soutenir un élément de ressort d'élastomère 38. Cet élément a, avant que la charge lui soit imposée, la forme d'une sphère de caoutchouc. L'élément 38 (bien qu'il ne soit pas montré ainsi sur les dessins) peut, si on le désire, être pris en sandwich entre des plaques d'usure en acier.
Souhaitablement, et comme montré, on prévoit des moyens pour placer l'élément 38 par rapport au siège 37 du bâti latéral et par rapport à la traverse dansante 39 du wagon qui se trouve audessus (figures 6 et 9) qui, par la semelle 40, embrasse la largeur du wagon et est fixée à celui-ci. Le wagon est représenté de manière fragmentaire en 41 à la figure 6. Les moyens de mise en place, comme montré aux figures 5,6 et 9, peuvent commodément avoir la forme de taquets
42 faisant corps avec la surface support 37 et la surface inférieure, placée en face, de la traverse dansante 39. Un tampon porteur 43 qui peut être fait de Teflon ou analogue est intercalé entre la surface supérieure de la
<EMI ID=32.1>
cée au-dessus , du wagon (figures 6 et 9). Ceci forme
une surface portante à glissement qui fonctionne pour imposer une limite aux forces des boudins, forces qui, autrement, pourraient devenir excessives dans des courbes de très petits rayons.
Comme on le comprendra à présent, l'élasticité des éléments d'élastomère en forme de sphères 38 assure la retenue ou contrainte indiquée par k dans la description, en se référant aux figures 1 et 2. Comme on l'a dit, sa valeur est déterminée suivant la proportionnalité
ka/ke = s/2w. Dans une forme de réalisation de l'invention,. qui a donné de bons résultats, des ressorts en forme de sphères, vendus par la Lord Corporation de Erie,Pennsylvanie et identifiés par le nombre J-13597-1, ont été trouvés convenables pour les buts particuliers envisagés par la demanderesse.
Le bogie montré aux figures 5 à 8 peut être amené
à fonctionner comme le fait le bogie suivant les figures
1 et 2, soit en omettant les tampons 30' sur l'essieu 11, soit en faisant ces tampons sensiblement plus raides que les tampons 30 sur l'essieu 10. L'avantage obtenu en faisant cela est que l'effet de direction d'un biellage L, tel que montré à la figure 4, s'obtient simplement par la distribution convenable de la raideur des tampons à l'endroit des essieux.
Un support ou traverse 44 s'étend entre les voiles
35 des bâtis latéraux 29, dans la partie centrale de ces derniers (figures 5 et 6) et ses extrémités sont fixées
à l'âme du bâti latéral, comme montré en 45 à la figure 9. La traverse est une plaque relativement mince dont la hauteur s'étend verticalement et dont la partie centrale présente une ouverture 46 à travers laquelle passent les moyens 14 qui accouplent les parties centrales des deux leviers d'attaque de direction plus grands 12 et 13. L'ouverture 46 est de plus grand diamètre que les moyens d'accouplement 14, comme montré à la figure 9, et comme cela apparaît aussi à la figure 6. Il est important, pour le but de l'invention, qu'il y ait une liberté pour une inclinaison limitée sur un bâti par rapport à l'autre dans le plan général contenant les essieux 10 et 11.(Voir aussi les bâtis latéraux souples ou flexibles T de l'appareil montré schématiquement aux figures 2 et 3).
Dans la présente forme de réalisation, cette liberté est assurée en réduisant l'épaisseur de la traverse 44 jusqu'à une valeur telle qu'elle permette la flexibilité requise entre les bâtis latéraux, et par la liberté pour le mouvement relatif entre les moyens 14 et la traverse 44, assuré par le jeu de la traverse dans l'ouverture.
Une paire d'amortisseurs 47,47 analogues à des étançons relient entre eux les bâtis latéraux et la traverse dansante 39. Bien que ces amortisseurs n'aient pas été montrés aux figures 5 et 6, pour la clarté de la représentation, on les voit convenablement à la figure 9. Leur but est d'amortir l'écart vertical et horizontal du corps du wagon et, chose importante, ils sont inclinés vers l'intérieur et vers le haut pour diminuer l'effet des irrégularités de surface verticales des voies sur le mouvement latéral du corps du wagon.
Dans certaines formes de réalisation de la présente invention, on a trouvé très avantageux d'utiliser une barre de remorquage (barre de direction) qui relie un levier d'attaque de direction au corps du wagon ou autre véhicule. La barre de remorquage comprime la bielle de direction L, dans la représentation schématique de la figure 4 et est désignée par 48 aux figures 5,6 et 9. Sa disposition et son point de fixation au corps du wagon sont spécifiques de l'invention, comme cela a déjà été <EMI ID=33.1>
Comme on le voit le mieux aux figures 5 et 9, la barre de remorquage 48 présente une partie de forme arquée 49 entre ses extrémités, et cette partie 49 est tourillonnée à l'intérieur de brides arquées 50,50, espacées et se faisant face, avec lesquelles elle coopère, portée par la partie centrale des bords supérieurs de la traverse 44. Cette coopération assure les mouvements d'oscillation de la barre de remorquage autour du centre de sa partie arquée 49 et permet à l'ensemble de bâti latéral de servir de point de réaction pour des forces
de la nature d'un couple, imposées par la liaison des extrémités de la barre de remorquage à l'un des leviers d'attaque de direction et au corps du wagon. Comme représenté aux figures 5 et 6, l'extrémité de gauche de la barre de remorquage surplombe. le levier d'attaque de direction 12 associé à l'essieu 10 qui est le plus éloigné du centre du corps du wagon. Cette extrémité est reliée au levier d'attaque de direction 12 par un mécanisme de pivotement représenté par la broche 51. L'extrémité opposée de la barre de remorquage s'étend dans la direction du centre du corps du wagon, et sa broche 52 est portée de manière à pouvoir tourner par un tourillon de barre
de remorquage , 53, fixé à une partie 41a (figure 6)
de la structure de semelle 40 du wagon, en un point situé le long de la ligne centrale longitudinale du wagon (figure 5).
Suivant l'invention et comme décrit ci-dessus en se référant à la figure 5, le point de fixation de la barre de remorquage ou de direction 48 au levier d'attaque de direction plus éloigné 12, se trouve en un point 51 dont l'emplacement est fonction de l'empattement w de l'ensemble de bogie, et de la distance s entre les deux ensembles de bogies, sous un corps de wagon. La valeur minimale de la distance x, du centre du bogie 49 au point
51, satisfera à l'expression x . = w /4(s+w). La fonction principale de la barre de direction est de tenir compte des forces longitudinales entre le corps du wagon et les ensembles de roues montés de manière élastique. De telles forces se présentent, par exemple, sous l'effet de freinage et des impacts de l'accouplement.
Dans les bogies classiques, par exemple dans les bogies des wagons de chemins de fer de marchandises, actuellement d'usage courant, où il n'y a pas de barre de remorquage, ces forces associées au freinage et à l'accouplement sont transmises par l'intermédiaire de la traverse dansante et des bâtis latéraux. Dans l'appareil selon la présente invention, ces forces, particulièrement les forces provoquées par des chocs à l'accouplement, provoqueraient, si elles n'étaient pas dissipées convenablement, des déviations inacceptables et de l'usure dans les tampons d'élastomère
30 qui servent de montures entre les leviers d'attaque de direction et les bâtis latéraux, et entre les bâtis latéraux et le corps du wagon.
On se référera maintenant à une forme modifiée de bogie de wagon de chemins de fer ,réalisant l'invention et représentée aux figures 13 à 15. Dans cet appareil quelque peu plus simple, une traverse dansante est incorporée au bogie et impose le poids du wagon aux bâtis latéraux. Au surplus, cette traverse dansante est associée de manière souple aux deux bâtis latéraux et sert seulement de liaison entre les deux.
En ce qui concerne la structure de base pour soutenir les ensembles de roues portés par essieux, et pour assurer l'amortissement élastique aux parties d'extrémité des essieux et également entre le bogie et le corps du wagon, l'appareil est à bien des égards semblable aux formes de réalisation déjà décrites. Par suite, les mêmes parties portent les mêmes désignations, avec un indice b. Ainsi, les essieux 10b et 11b sont respectivement portés par les leviers d'attaque de direction 12b et 13b, en forme de C, et chaque levier d'attaque de direction,comme c'était le cas dans la forme de réalisation précédente, comporte une partie qui s'étend à partir de son essieu associé, par rapport à laquelle il a une disposition angulaire sensiblement fixée, vers une région commune, sensiblement à mi-distance entre les deux essieux.
Des moyens
14b accouplent les leviers d'attaque de direction, avec liberté pour un mouvement de pivotement relatif, et avec une raideur sensible prédéterminée, à l'encontre du mouvement latéral dans la direction générale dextension de l'essieu. Dans cette forme de réalisation, les moyens d'accouplement 14b (voir figure 15) comprennent une paire de goujons 55 et 56 dont chacun s'étend à partir d'un levier associé d'entre les leviers d'attaque de direction, vers la zone d'accouplement. Le goujon 55 porté par le levier 12b, est évidé comme montré en 57, tandis que le goujon 56 a une partie d'extrémité creuse , réduite, 58, qui s'étend à l'intérieur de l'évidement. De la matière élastique 59, de préférence du caoutchouc, est intercalée entre l'extension 58 et la paroi intérieure qui définit l'évidement 57 et est liée aux surfaces adjacentes.
Un boulon 60 sert à retenir les parties assemblées. A nouveau, comme c'était le cas dans la forme de réalisation précé-dente, l'accouplement 14b par lequel les moments de direction sont échangés, a une raideur latérale considérable
et une flexibilité angulaire suffisante, en sorte que chaque essieu soit libre de prendre une position radiale dans une voie courbe et soit libre de s'adapter aux irrégularités de surface de la voie.
Comme montré par les parties en section transversale de la figure 13, considérée suivant la ligne 13-13 appliquée à la figure 14, on verra que chaque'levier d'attaque de direction présente une structure de boîte de coussinets 61, à chacune de ses extrémités, et, dans ce cas, des brides (montrées en 62) s'avancent à partir de
la construction de boîte de coussinets dans la direction de la longueur du bogie. La boîte de coussinets a une surface supérieure sensiblement plane 63 sur laquelle repose un tampon d'élastomère 64. Ces tampons peuvent être pris en sandwich dans des surfaces d'acier et, si on le désire, être montés sur la surface 63 de la manière déjà décrite à propos des figures 5 à 8. Les essieux.10b et
11b sont portés par une structure qui a le caractère déjà. décrit, par rapport à une forme de réalisation antérieure, et qui s'adapte à l'intérieur de l'ouverture du piédestal faisant face vers le bas, créée par les mâchoires 68. En pratique, des moyens (non montrés) seraient prévus pour retenir l'essieu et la structure d'adaptation de roulement à l'intérieur de l'ouverture du piédestal. Les freins n'ont pas été représentés non plus puisque, dans cette forme de réalisation, ils seraient ou bien classiques,ou bien du genre déjà décrit par rapport aux figures 5,6 et 9.
Suivant l'invention, les bâtis latéraux 65,65 du bogie sont portés par les parties portantes des leviers d'attaque de direction et, chose importante, soutenus audessus des tampons 64, comme cela apparaît convenablement
à la figure 14. Ces tampons ont été montrés à chaque extrémité de chaque essieu, bien qu'on comprenne maintenant qu'ils peuvent être utilisés aux extrémités d'un essieu seulement, ou que des tampons présentant divers degrés de retenue flexibles peuvent être utilisés avec chaque essieu. Comme on le comprendra maintenant, ces tampons retiennent ou restreignent les mouvements de direction des essieux l'un par rapport à l'autre et s'opposent à l'écart des sous-bogies qui sont constitués des ensembles de roues et des leviers d'attaque de direction, à partir d'une position dans laquelle les ensembles de roues sont parallèles. Chaque bâti latéral comprend une partie 66 jouant le rôle d'âme, s'étendant verticalement, ayant des brides horizontales 67 (figure 13) qui en partent latéralement
de chaque côté de l'âme. Les brides se rétrécissent à partir d'une largeur sensible dans la région centrale entre les deux leviers d'attaque de direction, jusqu'à une largeur relativement étroite, là où les leviers surplombent les tampons 64. Chaque bâti latéral a une ouverture de piédestal entre les mâchoires de piédestal 68 (figure 14) qui chevauchent l'ensemble de boîte de coussinets, et
est retenu sur celles-ci par coopération avec les surfaces intérieures 69 des brides 62, de la manière montrée à la figure 13. Chaque bâti latéral 65 est muni d'une ouverture rectangulaire 70 (figure 14) dont la partie supérieure reçoit les parties d'extrémité 72 d'une traverse dansante
71, et offre une surface d'assise pour les ressorts 73
(six sont prévus dans le cas présent), qui réagissent entre le bâti latéral 65 en 74, comme montré à la figure
14 , et la surface, située en dessous,-' de l'extrémité saillante 72 de la traverse dansante de bogie, 71.
La traverse dansante s'étend latéralement par rapport à la largeur du bogie et fournit des moyens de liaison articulés entre les deux bâtis latéraux. Dans ce cas, on n'utilise pas de traverse ou tirant. Les extrémités
de la traverse dansante, du fait qu'elles passent librement à travers les parties supérieures des ouvertures de bâtis 70, relient de manière flexible les bâtis latéraux en laissant la liberté pour une inclinaison relative, caractéristique de l'invention. Dans une partie centrale
de la traverse dansante, au-dessus des moyens 14b qui accouplent les leviers d'attaque de direction et qui ne viennent pas en contact avec la traverse dansante 71 (voir figure 14), il y a une pièce de réception 75 en forme de coupe, pour la plaque centrale du corps du wagon, qui, comme on le comprendra, est fixée à la semelle centrale du wagon (non représenté). Comme il ressort clairement de la description précédente, dans l'appareil suivant l'invention , les moyens d'accouplement (P à la figure 1,
14 aux figures 5 à 9, 14b aux figures 13 à 15, et 14c à la figure 16) sont libres d'avoir des mouvements de direction dans un sens transversal au bogie. Ainsi, il est également vrai que le mouvement latéral des parties de bogie, telles que la traverse dansante représentée à la figure 14, peut se produire indépendamment du mouvement des moyens d'accouplement 14b.
Pour assurer la retenue élastique identifiée par k , dans la description, en se référant aux figures 1 et 2, qui est la retenue entre le bogie et le corps du wagon, une paire de tampons d'élastomère 76,76 sont portés à des parties espacées de la surface supérieure de la traverse dansante 71, y étant maintenus de toute manière désirée, et sont capables de coopérer avec la traverse dansante du wagon (non montré) qui fait partie de la structure de la semelle. La fonction de ces tampons se comprendra sans autre description. On comprendra également qu'une retenue à l'égard du mouvement de lacet, moins convenable mais dans certains cas adéquate, de la traverse dansante, peut être prévue par une plaque centrale classique et un arrangement de portée latérale classique.
A la figure 16, on a représenté une autre forme de réalisation modifiée de l'invention, qui, dans ce cas, n'a besoin d'être vue qu'en plan. Cette forme de réalisation adapte les principes de l'invention à un appareil à bogie dans lequel les bâtis latéraux et les parties portantes ou roulements se trouvent à l'intérieur des roues
25c, plutôt que vers l'extérieur. Cet appareil a un certain nombre d'avantages, c'est-à-dire que les ensembles de roues sont plus légers, les essieux sont plus courts, les couples de flexion dans les essieux sont moindres et les leviers d'attaque de direction et les mécanismes associés peuvent être de construction plus légère puisqu'ils sont plus petits. Les essieux sont montrés en 10c et 11c et les leviers d'attaque de direction sont désignés par
12c et 13c.
Les moyens d'accouplement entre les leviers d'attaque de direction sont montrés en 14c et peuvent, dans cette forme de réalisation, prendre sensiblement la forme montrée et décrite en détail en se référant à la figure 15. Une traverse de liaison ou tirant 44c, relativement flexible, relie entre eux les deux bâtis latéraux
77,77. La construction et le fonctionnement de ce tirant ou traverse et de la structure de siège arquée centrale
78 qui la soutient , sont semblables à la construction et au fonctionnement des parties correspondantes déjà décrites, par rapport aux formes de réalisation des figures 5 et 6. Chaque levier d'attaque de direction comporte une structure de boîte de coussinets 79 et chaque structure de boîte de coussinets 79 soutient un tampon d'élastomère
80 ou 80'.
Ces tampons qui coopèrent avec la boîte de coussinets et avec les parties d'extrémité de la structure de bâti latéral 77, de la manière montrée aux figures 13 et 14, servent au même but que les tampons 30 et
30' de la forme de réalisation des figures 5, 6 et 9, et des tampons 64 de la forme de réalisation des figures 13 et 14. Ce but est naturellement en accord avec les principes montrés schématiquement aux figures 1 et 2, et il. est représenté dans cette construction par la retenue élastique ka. Une traverse dansante de bogie 71c est soutenue au-dessus des éléments élastiques 38c, et la surface supérieure de cette traverse dansante porte une paire de tampons porteurs espacés 43c,43c disposés pour venir en contact avec le corps du wagon. Ces tampons jouent le rôle des tampons 43 de la figure 9.
Dans la forme de réalisation de la figure 16, une barre de remorquage (barre de direction) est également utilisée. Cette barre (48c) est montée pour tourner autour d'une région intermédiaire entre ses extrémités, comme décrit en se référant à la figure 5, et présente une structure de pivot montrée en 51c et en 52c pour coopérer respectivement avec les leviers d'attaque de direction
12c et le corps du wagon, de la manière décrite en se référant aux figures 4, 5 et 6. Des freins montrés en
23c sont portés par les bâtis latéraux.
Les figures 17 et 18 montrent une structure en variante qui est intéressante pour donner une certaine mise en jeu de l'action de direction, à partir des forces latérales, tout en limitant le mouvement entre les bâtis latéraux et les leviers d'attaque de direction. Cet appareil, montré comme appliqué à l'appareillage à boite de coussinets et à bâtis latéraux du genre montré aux figures 5 et 6, est particulièrement intéressant lorsqu'il n'y a pas de barre de remorquage ou de direction pour assurer un accouplement entre le mouvement du corps du wagon et le bogie et le mouvement de direction du bogie, comme décrit en se référant aux figures 5 et 6. Dans cette forme de réalisation, la boîte de coussinets 18d porte
un système de brides entre lesquelles est reçu un tampon d'élastomère 30d et un appareil de bâtis latéraux 32d,
le tout comme montré aux figures 5 et 6. De petites butées
81 sont portées chaque fois par l'une des brides, et elles sont placées de telle façon que les forces latérales entre les ensembles de roues de tête et de queue. Ceci compense la transfert de poids de l'ensemble de roues de queue à l'ensemble de roues de tête pendant le freinage. Ainsi, en prévoyant cette compensation, on réduit le risque de glissement de la roue. L'effet de freinage sur l'ensemble
<EMI ID=34.1>
freinage de l'ensemble de roues de queue BT , en choisissant une ligne centrale pour la construction de suspension 27 inclinée par rapport à une ligne t, laquelle est tangente
à la surface de la roue au centre de la face du patin de frein. En se référant aux deux polygones de forces qui constituent la figure 8a, on peut voir que l'effet de l'angle mentionné est de créer un angle entre les vec-
<EMI ID=35.1>
<EMI ID=36.1>
le patin et la roue de queue. Il est nécessaire qu'on ait le même rapport entre les forces normales N et les forces de freinage B, pour les deux ensembles de roues, et le rapport est établi par le coefficient de frottement choisi pour la matière du patin de frein et la face d'acier de la roue.
La force totale appliquée aux freins est montrée aux dessins par des flèches qui apparaissent sur le biellage de poutres de freins des figures 7 et 8. Comme montré par le polygone de forces, la force de freinage appliquée au biellage de la poutre, à l'ensemble de roues de tête
<EMI ID=37.1>
biellage de l'ensemble de roues de queue est représentée latéraux des bogies des wagons. Avec les bogies classiques, ce jeu est nécessaire pour empêcher la formation de grandes forces latérales qui se présenteraient si la déformation de l'ossature du bogie dans les courbes était limitée par le contact entre les patins de freins et les boudins des roues. Les problèmes qui se présentent cidessus peuvent se combiner pour produire le collage des freins, le surchauffage des roues, des contacts d'usure
à l'endroit des patins de freins avec les boudins des roues, et même conduire à des déraillements par suite de la défaillance des roues.
Dans l'agencement de freinage montré aux figures 7,8 et 8a, ces inconvénients sont vaincus, principalement à cause de l'association des poutres de freinage avec les leviers d'attaque de direction, ce qui fait qu'il est virtuellement possible d'éliminer une usure inégale du patin et d'empêcher complètement tout contact entre les patins et les boudins des roues. Comme les poutres de freinage 24 sont portées par des suspensions 27 soutenues dans les structures de tampons 28 faisant corps avec les leviers d'attaque de direction, et à cause de la relation angulaire fixe entre les ensembles de roues et les leviers d'attaque de direction, les tampons de freins 26 restent toujours convenablement centrés par rapport aux bandes
de roulement des roues.
La figure 8 montre comment le choix convenable des relations géométriques, peut être utilisé pour assurer deux valeurs différentes de la force de freinage B, sur le bâti latéral et le levier d'attaque de direction soient transférées principalement par les butées plutôt que par les tampons 30d. L'excentricité de ces butées latérales
(elles sont disposées excentriquement par rapport à la ligne centrale de l'essieu lorsqu'on les considère en plan) introduit une action de direction désirable provoquée par la force latérale. La direction de l'action de direction est choisie pour assurer la stabilité, pour faire que les ensembles de roues tournent dans la direction qui tend à les maintenir centrés en dessous du corps du wagon.
Enfin, on se référera encore à l'appareil de freinage original, caractéristique de l'invention,et aux avantages qui sont obtenus par celui-ci. Dans les anciens appareils de freinage utilisés communément dans les chemins de fer, la poutre de freinage est soutenue par un élément d'extension maintenu dans une fente de l'ossature du bogie. Ce système présente plusieurs inconvénients sensibles. Le frottement créé à l'endroit de la fente interfère avec la commande précise de la force entre la bande de roulement de la roue et le patin de frein, et la-distance radiale entre la face de frottement du patin , et son point de support dans la fente se traduit par un couple excessif sur le patin de frein, qui, à son tour, provoque de grandes variations dans la pression unitaire entre le patin et la bande de roulement de la roue, suivant la longueur de la face du patin.
Un autre problème qui se présente avec des freins classiques est le grand jeu latéral entre les poutres de freinage et les bâtis <EMI ID=38.1>
freins sont actionnés par chaque ensemble de poutre , la flèche montrant la force du dispositif d'actionnement des freins pour l'ensemble de roues de tête est indiquée par
<EMI ID=39.1>
peut être fournie par tous moyens classiques convenables
(non représentés), propres à appliquer une force dans
la direction des flèches montrée sur l'étançon central de la structure de poutre de freinage.
Comme indiqué précédemment, cet appareil réduit sensiblement l'usure des patins de freins et conduit à
un freinage beaucoup plus sûr.
En résumé, l'appareil montré dans les différentes formes de réalisation de l'invention, basé comme il l'est sur le fait qu'on a reconnu le rôle important joué par
la commande de la raideur en ce qui concerne le mouvement de lacet et la raideur latérale, élimine virtuellement
le contact des boudins dans les courbes et réduit grandement les forces aux boudins lorsque le contact se produit. En plus, une excellente stabilité à grande vitesse est obtenue, avec une diminution résultante de l'usure et
des problèmes de coût. Ainsi qu'on le comprendra à présent, ces avantages sont obtenus en prévoyant des moyens de retenue ou de contrainte entre les bâtis latéraux et les leviers d'attaque de direction d'un bogie, pour réduire
le mouvement de lacet des essieux, en ayant les leviers d'attaque de direction accouplés par d'autres moyens de retenue, et en prévoyant des moyens de retenue convenables entre les bâtis latéraux ou leur traverse dansante associée, et le corps du véhicule. L'emploi d'une retenue égale entre les bâtis latéraux et les leviers d'attaque
de direction, de chaque côté, par exemple aux quatre tampons 30 dans la forme de réalisation des figures 5
et 6, a l'avantage de diminuer les quantités de pièces nécessaires et de simplifier l'assemblage et l'entretien. L'emploi d'une retenue inégale qui, dans certains cas, peut être réalisée en éliminant les tampons de retenue
sur un essieu, peut encore améliorer l'action de direction radiale désirée pendant le passage des courbes.
En limitant les forces du corps du wagon sur les bâtis latéraux, comme par exemple par l'emploi d'une
barre de remorquage, ceci est très avantageux pour des raisons que l'on comprendra maintenant, tandis que l'emploi de butées latérales excentrées entre les leviers d'attaque de direction et les bâtis latéraux peut, dans certains cas, assurer la stabilité comme celle que l'on obtient par les biellages de direction à barre de remorquage (ou de direction).
L'invention a été analysée mathématiquement et représentée schématiquement, et montrée et décrite pour différentes formes de réalisation. Bien que l'on ait accordé de l'importance aux moyens de retenue en élastomère, des avantages semblables peuvent être obtenus en employant des ressorts d'acier élastiques. L'emploi de moyens de retenue en élastomère a cependant l'avantage d'assurer simultanément une élasticité entre le bâti latéral et le corps du wagon, tout en procurant en même temps la flexibilité verticale et latérale dans la suspension.
The present invention relates to articulated bogies for railway wagons.
Although it is capable of a wider application, for example in the field of vehicles
<EMI ID = 1.1>
invention can reduce wear by side friction
bandages, as well as decrease the width taken on
the road to negotiating curves, the invention
is particularly interesting for vehicles
of railways and more particularly for bogies of railway wagons having several axles. As a result, and by way of example, the invention will be illustrated and described with more specific reference to railway rolling stock.
The axles of the railway wagon bogies
iron, in normal use, remain substantially parallel at all times (seen in plan). A very important consequence of this fact is that the head axle cannot assume a radial position with respect to a curved track, and that the flanges of the wheels strike the curved rails at an angle, which causes criticizable noise and wear. excessive, both of the flanges and of the rails.
Much interest has been attached to eliminating these difficulties, and in particular to extending the service life of wheels whose rolling surfaces have a conical profile.
This expedient helped the bogies of vehicles negotiate very progressive curves. However, when economic factors have led the railways to accept higher wheel loads and higher running speeds, the degree of wear on the wheels and rails has become a very significant problem. A second serious limitation of the yield and a worsening of the maintenance come from excessive oscillations
and even violent bogies at high speed on a straight track. In this "nose effect" or gallop of the bogie, the wheel assemblies bounce in one direction
and in the other between the rails. Beyond a certain critical speed, the galloping movement is initiated by
any track irregularity. Once started, this galloping movement often persists for kilometers, with shock of the tubes, hardness of walking, wear
and noise, even if the speed has been reduced significantly
below the critical value.
In recent efforts to overcome this problem of passing curves, flexibility with regard to yaw movement has been introduced in the design of some bogies and arrangements have even been proposed allowing the axles of the wheels of a bogie to oscillate
and thus to be placed substantially radially in a curved track. However, these efforts have not met with any real success, mainly because the importance of creating the necessary lateral restraint or restraint, as well as the flexibility with regard to movement, has not been recognized. yaw between the two sets of wheels of a bogie to prevent galloping at high speed.
For the purposes of the invention, the stiffness with respect to the yaw movement can be defined as the restraint or constraint opposing the angular movement of the wheel assemblies in the direction of the direction, and in particular the restraint opposing to the yaw movement, joint, of a coupled pair of wheel assemblies in
<EMI ID = 2.1>
held opposing the movement of a set of wheels in the direction of its general axis of rotation, that is to say across the general line of movement of the vehicle. In the apparatus according to the invention, this lateral stiffness also acts as a restraint opposing the differential yaw movement of a pair of coupled wheel assemblies.
The aforementioned general problems produce many particular difficulties, all of which contribute to excessive operating costs. For example, there is the deterioration of the rail as well as the widening of the spacing in the curves. In a straight course, the gallop or nose effect of the bogies causes high dynamic loading of the track fixing devices and adaptation with hooping of the wheels on the axles, with loss and risk of accidents. A correspondingly higher cost of maintenance results for the bogies and the wagons. As for what is
bogies, we can cite for example the wear of the tubes and the high degrees of wear of the dancing cross member and
side frame surfaces and adapters
bearings.
As for the wagons, there is excessive wear of the central plate as well as fatigue of the structure and an aggravation of the risk of derailment resulting from the excessive forces on the tubes. The effects
power requirements and operating costs, which arise from wear problems of the types mentioned above, will appear obvious to specialists.
In short, the fact that the part played by the stiffness with respect to the yaw movement and by the lateral stiffness was not recognized led to: (1) contact of the flange in almost all the curves; (b) great forces on the flanges when this contact occurs; and
(c) excessive difficulty due to high speed lateral oscillation. The problems of wear and the costs which result from the fact that the proper values of stiffness with respect to yaw movement and lateral stiffness were not appreciated, and that these orders were not ordered values, now understand each other.
The invention has the general aim of solving these problems, and to this end, it uses an articulated bogie having elastic retaining means, placed in an original way, which make it possible to obtain a walk without intervention of the flanges in progressive curves, low flange forces in small radius curves and good stability at high speeds.
The inventor has also discovered that the application of certain principles of the invention to road vehicles has the effect of not only reducing wear by friction of the tires and the bulk, as already said, but also ensures good stability. high speed.
To obtain these general results and with particular reference to bogies of railway wagons, the invention provides an articulated bogie constructed in such a way that: (a) each axle has its own value, often individual, of stiffness at regard to movement
yaw with respect to the bogie frame; (b) a lateral stiffness is ensured, suitable for the exchange of steering torques, suitably, between the axles and with the body of the vehicle; and (c) the proper amount of stiffness with respect to yaw movement
between the bogie and the wagon.
An embodiment which represents the invention has been tried at around 128 km / hour, virtually without traces of instability. With another embodiment, a radial curvature was observed at a radius of less than 15 meters, and operation without intervention of the flanges was obtained, with all the embodiments, on curves of at least 4 degrees.
More particularly, an object of the invention is to flexibly prevent the yaw movement of the axles, by providing means for retaining or reducing a predetermined value, between the lateral frames.
and the steering attack levers of a bogie having a pair of sub-bogies coupled by steering attack levers rigidly supporting the axles. Elastomeric means are provided for this purpose between the axles
and the side frames, preferably in the region of the bearing means. These means can be provided on
one or both of the bogie's axles. If provided on both axles, there may be more or less restraint exerted on one axle rather than the other, depending on the needs of the particular bogie model desired.
Another object of the invention is to provide elastomer retaining means in the coupling region between the levers to dampen the lateral movements of the axles, which results in a differential yaw effect of a coupled pair of sub- bogies.
The invention also has the particularity of certain improvements to the tow bar, which take account of the longitudinal forces exerted between the body of the wagon and the wheel assemblies mounted in a flexible manner. This arrangement has various advantages, discussed below, one of which is to prevent excessive deviations in the elastomer pads which are used to mount the steering attack levers on the side frames, and the side frames on the wagon body.
According to another feature of the invention, a bearing surface with special sliding is provided between the side frames of the bogie and the body of the wagon, to further limit the forces on the flanges in curves of very small radii.
The invention also considers improvements to the brakes which, when used in combination with articulated bogies according to the invention, virtually eliminate the contact of the brake pads with the flanges of the wheels. Before the invention, this contact led to significant wear and uneven braking.
In the drawings, various shapes have been shown
for carrying out the invention. In these drawings:
- Figure 1 is a diagram showing a first embodiment of the invention, and showing a railway wagon having bogie means comprising a pair of wheel assemblies, coupled and damped according to the principles of the invention ;
- Figure 2 shows schematically and in fundamental terms the response of such a bogie to a curve;
- Figure 3 shows a plot of the force reaction at the flanges between the side frames of the bogie and the wagon, using modified retaining means and under very abrupt conditions of curvature, the reaction being postponed depending on the angle of curvature of the track;
- Figure 4 is a diagram of the forces analyzing the response of a bogie similar in general to that shown in Figure 1, and further comprising a steering bar or tow bar;
- Figure 5 is a plan view of a railway wagon bogie, built according to the invention, and realizing the principles shown schematically in Figures 1 and 4;
- Figure 6 is a side elevational view of the apparatus shown in Figure 5;
- Figure 7 is a plan view of the railroad bogie of Figures 5 and 6, with some upper parts omitted, to show more clearly the steering control levers, their central link and features of the brake linkage ;
- Figure 8 is a side elevational view of the apparatus shown in Figure 7;
- Figure 8a is a polygon of forces representing the operation of the brakes;
- Figure 9 is a cross-sectional view along line 9-9 of Figure 6;
- Figure 10 is an enlarged cross-sectional view of the structure of the bearing boxes, taken along line 10-10 of Figure 6;
- Figure 11 is an enlarged sectional view of the central connection of the steering control levers, seen along line 11-11 of Figure 7;
- Figure 12 is a cross-sectional view along line 12-12 of Figure 11;
- Figure 13 is a plan view showing a modified form of the bogie of railway wagons embodying the invention, which makes use of cast parts of side frames and dancing cross member, similar to those used on classic freight car bogies;
- Figure 14 is a side elevational view of the apparatus of Figure 13;
- Figure 15 is a plan view and enlarged section of the central connecting device of the steering control levers of the bogie of Figures 13 and 14; - Figure 16 is a plan view of another modified form of bogie, similar to Figure 5, but having inner bearings;
- Figure 17 is a fragmentary plan view of a modification showing lateral stops for the side frames of a bogie, of the general kind shown in Figures 5 to 10; and
- Figure 18 is a fragmentary end view of the apparatus of Figure 17.
The steering features of the first embodiment of a four-wheel railway wagon bogie are shown somewhat schematically in Figures 1 and 2. The embodiment for use below the end tail of a road vehicle would be virtually identical, but for the sake of simplicity, the terminology relating to the bogies of railway wagons is used in the description.
The main parameters are:
-The stiffness (longitudinal) with respect to the yaw movement <EMI ID = 3.1>
bogie is very large, that is to say that it is a keyed connection.
- The stiffness with regard to the yaw movement between the <EMI ID = 4.1>
- The stiffness with regard to the lace-t movement between the <EMI ID = 5.1> dependent, being free to align with the bearings
(not shown) of axles A and B, even when there is a substantial deflection in the longitudinal direction of the elastic element k.
The lateral forces between the two axles are exchanged at point P located in the central region between two sub-bogies or steering control levers, A '
<EMI ID = 6.1>
also make a contribution to the stiffness with respect to the yaw movement between the two axles. This link ensures the balance of the steering torques between the two axles, while ensuring lateral stiffness.
The fundamental response of such a bogie to a curve
<EMI ID = 7.1>
were deflected by the lateral forces F. The forces F can come either from the contact of the flanges, or from the steering torques caused by the tracking forces between the wheels and the rails. It has been observed experimentally that for relatively low values of ka
<EMI ID = 8.1>
higher values, the eigenvalue for this ratio must be chosen according to the wheelbase w of the bogie and the distance s from the axle B to the center of the wagon. We
thus has a means for having the high value for the stiffness with respect to the yaw movement, necessary for stability at high speed, while simultaneously ensuring the radial positioning of the axles in the curves of small radii. The fundamental mathematical relationships which ensure the radial positioning of the axles are as follows:
So that the axles are in the radial position, their angular displacement will be proportional to their distance from the center of the wagon body:
<EMI ID = 9.1>
where c = curvature per unit of length along the curve.
This gives the following relationship between angles and distances:
<EMI ID = 10.1>
The angles are also independent of the stiffness with respect to the yaw movement
<EMI ID = 11.1>
By substituting, we find that the relation between the stiffnesses with respect to the yaw movement and the distance must be
<EMI ID = 12.1>
Given the proportionality ka / ke = s / 2w, it is simple to translate the values of elastic restraint into suitable components. In the design and testing of one of the bogie embodiments described below, the value of ka was chosen to obtain stability against a galloping movement up to a speed value of the wagon 160 km / hour. With this component established, the use of proportionality considered above gives the values to be achieved in other means of restraint by elastomers which are arranged between the body of the wagon.
<EMI ID = 13.1>
In the case of rail vehicles where there is only slight clearance between the flanges of the wheels and the rail, the above ratio must be maintained closely. The action of the forces arising from the self-steering couples of the wheel assemblies will correct certain errors and the behavior in curves will be superior to that of a classic bogie, even if perfection is not achieved.
In the case of road vehicles, when a low value of k has been chosen, the bogi � rear will tend
to follow the front end of the vehicle fairly precisely in a curve. When ka is increased, the tail end of the vehicle will follow inside the front end.
<EMI ID = 14.1>
will always be greater than the straight or walking characteristic of a classic bogie. As we will understand,
<EMI ID = 15.1>
While the embodiment shown in Figures 1 and 2 will provide the desired refinement in the curve behavior and high speed stability of all conventional rail curves, it is also necessary to limit the force F to the flanges, which occurs when occasionally crossing curves of very small radii. This is most easily done.
<EMI ID = 16.1> <EMI ID = 17.1>
The expression of this restraint includes a part
<EMI ID = 18.1>
end sections where the value is much lower. This will limit the reaction force R between the side frames of the bogie and the vehicle, which in turn will limit the force F on the flanges.
For certain applications, such as vehicles passing quickly on rails, where it is necessary to obtain the minimum wear on the flanges and the lowest running noise on curves with small radii, while at the same time obtaining good stability at high speed, it will be desirable to add the feature shown in Figure 4. The addition of the steering bar or tow bar L gives a means to have a great stiffness with respect to yaw movement, on a straight track, without contributing significantly to the force on the tubes in the curves. The
<EMI ID = 19.1>
with regard to yaw movement between the vehicle and the undercarriage and inside the undercarriage.
The following parameters will intervene about
in Figure 4:
s = distance from the center of the vehicle to the nearest axle;
w = wheelbase of the axle-to-axle bogie;
b = center line of the sub-bogie (steering attack lever) associated with axle B;
a = center line of the sub-bogie (steering attack lever) associated with axle A;
c = center line of the bogie frame;
0 = center (pivot point) of the bogie frame; P = point of connection of the sub-bogies between them;
L = tow bar (steering bar). In the figure
4, this bar has been shown offset from the center line of the vehicle to better show kt;
M = connection point between the tow bar and the
sub-bogie a;
x = distance between the center 0 of the bogie and the point of
bond in M;
kt = flexibility or lateral flexibility which limits the ability of the steering rod to keep the lateral position of M as the same as the lateral position of P. (When certain prototype bogies were operated in the configuration of the figure 4, kt was the lateral stiffness of the pads used to secure ka between the side frames and the sub-bogies}; y = distance between the connection of the steering rod to
the bogie frame in M and the connection point of the bar to the vehicle; and
f = distance between the center line of the bogie and the point
M at distance x from the center of the bogie. This dimension is used in the calculation of the suitable dimension of x.
<EMI ID = 20.1>
found experimentally. However, it can be shown that x must be greater than a specific minimum value for which the axles would assume a radial position if the restraints or stresses kt were infinitely rigid. This minimum value can be calculated using <EMI ID = 21.1>
based on the fact that the angle between "b" (L at axle B, Figures 1 and 2) and the center line of the vehicle, and the angle between It a "(L at axle A, Figures 1 and 2) and the center line of the vehicle, are proportional to the <EMI ID = 22.1>
lateral f of figure 4 can be calculated in two ways, that is to say:
<EMI ID = 23.1>
By matching these two expressions, we have:
<EMI ID = 24.1>
By solving in x, we have:
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
the total value for stiffness with respect to yaw movement, required for stability at high speed,
<EMI ID = 27.1>
and of the percentage of the value of contribution of the stiffness to the rotation of the link in P. The value kt can be chosen to provide the desired remainder.
There is also the question of choosing a suitable value for y. This value should generally be chosen as large as possible if one wishes to reduce the coupling between the lateral movement of the vehicle with respect to the undercarriage and the steering movements of the axles. However, the length has been reduced to two
<EMI ID = 28.1> having given certain indications that a certain degree of coupling between the lateral movement of the wagon body relative to the bogie and the steering action of the bogie helps to stabilize the lateral movements of the wagon body.
The principles outlined above can be used directly to design an undercarriage
<EMI ID = 29.1>
These principles were also used to design a three-axle bogie.
The principles considered above have been applied in the design of a number of specific bogies, particularly freight car bogies. As an example, we have shown three of
these embodiments. One appears in Figures 5
at 12 ; another in FIGS. 13 to 15 and the third in FIG. 16. Detailed modifications are shown in FIGS. 17 and 18.
Referring in detail first to Figures 7 and 8, some parts of which have been omitted to show more clearly the manner in which each of the two axles 10 and 11 is rigidly supported by its sub-chassis (called in the description lever steering attack), we will see that each axle is carried by its steering attack lever, 12 and 13 respectively, and that each axle
has an angular arrangement substantially fixed with respect to its steering attack lever, in the general plane of the pair of axles. The steering attack levers are generally C-shaped, seen in plan, (see the steering attack levers A 'and B' of Figures 1 and 2), and each has a part which extends from its axle associated with a common region (12a, 13a) substantially halfway between the two axles. Means generally designated by 14, to which reference will be made in more detail below, couple the steering attack levers 12 and 13 with freedom of movement of relative pivoting and with a predetermined stiffness against the lateral movement in the general direction of the axle extension.
In this embodiment, the stiffness against the lateral movement, in the direction of the extension of the axle and in the plane of the axles (this corresponds to the elastic means K1 shown diagrammatically-
<EMI ID = 30.1>
area 15 of any suitable elastomeric material, for example rubber. It is suitably linked to a fitting or socket 16 (see particularly Figures 11 and 12) provided as an extension of the steering attack lever 13, and to a bolt 17 which couples the steering attack levers, as well as is obvious. This block or pad 15 by which the steering torques are exchanged has a considerable lateral stiffness. The elasticity is sufficient for each axle to be free to assume a radial position in a curved track and sufficient to allow a slight parallel yaw movement of the axles. This has the effect of preventing contact of the flanges on a straight track when there are lateral loads such as strong cross winds.
Now considering the way each axle is carried by its associated steering attack lever, it can be seen that each steering attack lever carries,
at each of its free ends, a cushion box structure 18 integral with the lever (see for example lever 12 in FIGS. 7 and 8). The form
of the box can be easily seen in the figures and it opens downwards to receive a bearing adaptation structure, 19, of known type, which houses the bearing cartridge 20. The two ends of the two axles 10 and 11 are mounted in this way which does not require here a more detailed description. Retaining bolts 21 prevent bearing 20 from falling out
of the adapter 19 when the wagon bogie is lifted by the bogie frame.
Each pad box 18 has spaced flanges 22, 22 which have portions which extend upward and laterally with respect to the pad box. These flanges serve as retaining means for the side frames of the wagon and also for original buffers interposed between the bearing boxes and the side frames, as will now be described. However, before proceeding with this description, and still referring to FIGS. 7 and 8, it will also be observed that each steering attack lever 12 and 13 carries a new brake and a new set of brake beams.
These assemblies are generally designated by 23
(Figure 3) and each comprises a propelled brake beam, extending transversely between the wheels (for example the wheels 25,25 carried by the axle 10) and each end of each beam carries a brake shoe 26 aligned with the tread of the wheel placed opposite, and arranged to come into contact with it. The mounting of the brake assemblies is characteristic of the invention - in which each axle is fixed against oscillating movements relative to its associated steering attack lever - and has important advantages which will be considered below. from the description.
For current purposes, it suffices to emphasize that the brake beams 24 are prevented from moving laterally by approaching and moving away from the flanges 25a of the wheels, and, to this end, the opposite end portions of the beams are carried by suspension devices of the kind of rods 27 each of which extends through an inclined pad 28 and is fixed to such a pad provided in the corner parts of each steering attack lever 12 and 13 (see particularly Figure 8).
In particular agreement with the invention, and referring to Figures 5 and 6, we will now refer
to the way in which the lateral frames of the bogie, 29, 29, are carried by the steering attack levers, being supported by elastomeric means which flexibly oppose joint yaw movements of the coupled pair of sets of wheels, that is to say the restraint of the steering movements of the axles relative to each other and thus oppose that the sub-bogies (the steering attack levers and their axles) deviate from a position in which the wheel assemblies are parallel. As will be understood from Figures 2 and 3 described above, the means
<EMI ID = 31.1>
at the ends of the axle furthest from the center of the vehicle. However, it is often desirable to provide such retaining means at the ends of each axle. Consequently, FIGS. 5 and 8 show the retention or stress on each axle; she may be
of different value for each, depending on the particular design of the bogie.
(It will be understood that the word restraint or counter-rain intends to designate both the material object creating a restraint or an elastic constraint which acts in a direction tending to oppose a movement in a place of construction, that the function corresponding).
As shown in Figures 5 and 8, the retaining means take the form of pads of elastomer 30, preferably rubber, carried above the box
of bearings, between the flanges 22, and interposed between the flat surface 18a, presented upwards, of each box of bearings 18 and the lower surface 31 placed opposite (FIG. 10) of the I-beam structure which comprises the parts end 32, outwards,
of each lateral frame 29. As indicated in FIGS. 7 and 8, and as best shown in FIG. 10, the pads 30 are sandwiched between thin steel plates 30a,
30a, the upper plate of which carries a stud 33 and
the lower part of which is provided with a pair of studs 34. The upper and lower studs are received
inside suitable openings provided respectively in the surface 31 of the end part of the lateral frame 32 and the surface 18a, placed opposite, of
the pad box 18. The purpose of the studs is to locate the elastomer pads 30 relative to the pad box and to place the lateral frame relative
to the pad 30. The lateral frame is thus supported above the pads and between the flanges 22.
As shown in Figure 6, each side frame
29 has a central part which is lower (view
in side elevation) than its end portions 32. This central portion comprises a sail portion 35 having a laterally extending top, formed by a flange 36 narrower at its outer ends (Figure 5), which is located above the box of bearings 18 and which provides the bearing surface 31 (FIG. 10). The flange 36 reaches its maximum width in a flat central part
37 which constitutes a seat for supporting an elastomer spring element 38. This element has, before the load is imposed on it, the shape of a rubber sphere. Element 38 (although not shown as shown in the drawings) can, if desired, be sandwiched between steel wear plates.
Desirably, and as shown, means are provided for placing the element 38 relative to the seat 37 of the lateral frame and relative to the dancing cross member 39 of the wagon which is located above (FIGS. 6 and 9) which, by the sole 40 , embraces the width of the wagon and is attached to it. The wagon is shown in fragmentary form at 41 in FIG. 6. The positioning means, as shown in FIGS. 5, 6 and 9, can conveniently be in the form of cleats.
42 integral with the support surface 37 and the lower surface, placed opposite, of the dancing crosspiece 39. A support pad 43 which can be made of Teflon or the like is interposed between the upper surface of the
<EMI ID = 32.1>
above, from the wagon (Figures 6 and 9). This forms
a sliding bearing surface which functions to impose a limit on the forces of the tubes, forces which otherwise could become excessive in curves of very small radii.
As will now be understood, the elasticity of the elastomer elements in the form of spheres 38 ensures the retention or stress indicated by k in the description, with reference to FIGS. 1 and 2. As we have said, its value is determined according to proportionality
ka / ke = s / 2w. In one embodiment of the invention ,. which has given good results, spherical springs, sold by the Lord Corporation of Erie, Pennsylvania and identified by the number J-13597-1, have been found suitable for the particular purposes envisaged by the applicant.
The bogie shown in Figures 5 to 8 can be brought
to operate as the bogie does according to the figures
1 and 2, either by omitting the pads 30 'on the axle 11, or by making these pads substantially stiffer than the pads 30 on the axle 10. The advantage obtained by doing this is that the steering effect d 'A link L, as shown in Figure 4, is obtained simply by the proper distribution of the stiffness of the pads at the location of the axles.
A support or crosspiece 44 extends between the sails
35 of the side frames 29, in the central part of the latter (Figures 5 and 6) and its ends are fixed
to the core of the lateral frame, as shown at 45 in FIG. 9. The cross-member is a relatively thin plate whose height extends vertically and whose central part has an opening 46 through which the means 14 which couple the central parts of the two larger steering control levers 12 and 13. The opening 46 is of larger diameter than the coupling means 14, as shown in FIG. 9, and as also appears in FIG. 6. It is important, for the purpose of the invention, that there is freedom for a limited inclination on one frame relative to the other in the general plane containing the axles 10 and 11. (See also the flexible lateral frames or flexible T of the device shown schematically in Figures 2 and 3).
In the present embodiment, this freedom is ensured by reducing the thickness of the cross member 44 to a value such that it allows the flexibility required between the lateral frames, and by the freedom for the relative movement between the means 14 and the cross member 44, provided by the play of the cross member in the opening.
A pair of shock absorbers 47, 47 similar to props connect the lateral frames and the dancing crossbeam 39 to one another. Although these shock absorbers have not been shown in FIGS. 5 and 6, for the sake of clarity of the representation, we see them suitably in Figure 9. Their purpose is to dampen the vertical and horizontal deviation of the wagon body and, importantly, they are tilted inward and upward to lessen the effect of vertical surface irregularities on the tracks on the lateral movement of the wagon body.
In certain embodiments of the present invention, it has been found very advantageous to use a tow bar (steering rod) which connects a steering attack lever to the body of the wagon or other vehicle. The tow bar compresses the steering rod L, in the schematic representation of FIG. 4 and is designated by 48 in FIGS. 5, 6 and 9. Its arrangement and its point of attachment to the body of the wagon are specific to the invention, as has already been <EMI ID = 33.1>
As best seen in Figures 5 and 9, the tow bar 48 has an arcuate part 49 between its ends, and this part 49 is journalled inside arcuate flanges 50.50, spaced and facing each other , with which it cooperates, carried by the central part of the upper edges of the cross-member 44. This cooperation ensures the oscillating movements of the tow bar around the center of its arched part 49 and allows the lateral frame assembly to serve as a reaction point for forces
of the nature of a torque, imposed by the connection of the ends of the tow bar to one of the steering control levers and to the body of the wagon. As shown in Figures 5 and 6, the left end of the tow bar overhangs. the steering attack lever 12 associated with the axle 10 which is furthest from the center of the wagon body. This end is connected to the steering attack lever 12 by a pivoting mechanism represented by the pin 51. The opposite end of the tow bar extends in the direction of the center of the body of the wagon, and its pin 52 is carried so that it can be rotated by a bar pin
towing device, 53, fixed to part 41a (figure 6)
of the sole structure 40 of the wagon, at a point located along the longitudinal center line of the wagon (Figure 5).
According to the invention and as described above with reference to FIG. 5, the point of attachment of the towing or steering bar 48 to the more distant steering attack lever 12, is located at a point 51 of which l 'location is a function of the wheelbase w of the bogie assembly, and the distance s between the two bogie assemblies, under a wagon body. The minimum value of the distance x, from the center of the bogie 49 to the point
51, will satisfy the expression x. = w / 4 (s + w). The main function of the steering rod is to take account of the longitudinal forces between the wagon body and the resiliently mounted wheel assemblies. Such forces arise, for example, under the effect of braking and impacts of the coupling.
In conventional bogies, for example in the bogies of freight rail cars, currently in common use, where there is no tow bar, these forces associated with braking and coupling are transmitted by through the dancing crosspiece and the side frames. In the apparatus according to the present invention, these forces, particularly the forces caused by coupling shocks, would cause, if not dissipated properly, unacceptable deviations and wear in the elastomer pads
30 which serve as mounts between the steering control levers and the side frames, and between the side frames and the body of the wagon.
We will now refer to a modified form of railway wagon bogie, realizing the invention and represented in FIGS. 13 to 15. In this somewhat simpler device, a dancing cross member is incorporated in the bogie and imposes the weight of the wagon to the side frames. In addition, this dancing crosspiece is flexibly associated with the two lateral frames and only serves as a connection between the two.
As regards the basic structure for supporting the wheel sets carried by axles, and for ensuring elastic damping at the end parts of the axles and also between the bogie and the wagon body, the apparatus is in many ways respects similar to the embodiments already described. Consequently, the same parts have the same designations, with an index b. Thus, the axles 10b and 11b are respectively carried by the steering attack levers 12b and 13b, in the form of a C, and each steering attack lever, as was the case in the previous embodiment, comprises a part which extends from its associated axle, with respect to which it has a substantially fixed angular arrangement, towards a common region, substantially midway between the two axles.
Means
14b couple the steering drive levers, with freedom for a relative pivoting movement, and with a predetermined sensitive stiffness, against the lateral movement in the general direction of extension of the axle. In this embodiment, the coupling means 14b (see FIG. 15) comprise a pair of studs 55 and 56 each of which extends from an associated lever between the steering attack levers, towards the mating area. The stud 55 carried by the lever 12b is hollowed out as shown at 57, while the stud 56 has a hollow, reduced end portion, 58, which extends inside the recess. Elastic material 59, preferably rubber, is interposed between the extension 58 and the inner wall which defines the recess 57 and is linked to the adjacent surfaces.
A bolt 60 serves to retain the assembled parts. Again, as was the case in the previous embodiment, the coupling 14b by which the steering moments are exchanged, has considerable lateral stiffness
and sufficient angular flexibility, so that each axle is free to assume a radial position in a curved track and is free to adapt to surface irregularities of the track.
As shown by the cross-sectional parts of FIG. 13, considered along the line 13-13 applied to FIG. 14, it will be seen that each steering control lever has a box of bearings structure 61, at each of its ends, and in this case flanges (shown at 62) extend from
the construction of a bearing box in the direction of the length of the bogie. The pad box has a substantially planar upper surface 63 on which an elastomeric pad 64 rests. These pads can be sandwiched in steel surfaces and, if desired, mounted on the surface 63 in the manner already described with reference to FIGS. 5 to 8. The axles 10b and
11b are carried by a structure which already has character. described, with respect to a previous embodiment, and which fits inside the opening of the downward-facing pedestal, created by the jaws 68. In practice, means (not shown) would be provided for retain the axle and the bearing adaptation structure inside the pedestal opening. The brakes have not been shown either since, in this embodiment, they would either be conventional, or of the kind already described with respect to FIGS. 5, 6 and 9.
According to the invention, the lateral frames 65, 65 of the bogie are carried by the bearing parts of the steering attack levers and, importantly, supported above the buffers 64, as appears suitably
in Figure 14. These pads have been shown at each end of each axle, although it is now understood that they can be used at the ends of one axle only, or that pads with varying degrees of flexible retention can be used with each axle. As will be understood now, these buffers retain or restrict the steering movements of the axles relative to each other and oppose the separation of the sub-bogies which are made up of the wheel assemblies and the levers of steering attack, from a position in which the wheel assemblies are parallel. Each lateral frame comprises a part 66 playing the role of a core, extending vertically, having horizontal flanges 67 (FIG. 13) which leave laterally.
on each side of the soul. The flanges narrow from a substantial width in the central region between the two steering control levers, to a relatively narrow width, where the levers overhang the pads 64. Each lateral frame has a pedestal opening between the pedestal jaws 68 (Figure 14) which overlap the bearing box assembly, and
is retained thereon by cooperation with the interior surfaces 69 of the flanges 62, as shown in FIG. 13. Each lateral frame 65 is provided with a rectangular opening 70 (FIG. 14) the upper part of which receives the parts d end 72 of a dancing crosspiece
71, and provides a seating surface for the springs 73
(six are provided in this case), which react between the side frame 65 at 74, as shown in the figure
14, and the surface, located below, - 'of the projecting end 72 of the dancing bogie cross member, 71.
The dancing cross member extends laterally with respect to the width of the bogie and provides articulated connection means between the two lateral frames. In this case, no crosspiece or tie rod is used. The extremities
of the dancing crosspiece, because they pass freely through the upper parts of the frame openings 70, flexibly connect the lateral frames leaving freedom for a relative inclination, characteristic of the invention. In a central part
of the dancing cross member, above the means 14b which couple the steering drive levers and which do not come into contact with the dancing cross member 71 (see FIG. 14), there is a receiving part 75 in the form of a cup , for the central plate of the wagon body, which, as will be understood, is fixed to the central sole of the wagon (not shown). As is clear from the preceding description, in the device according to the invention, the coupling means (P in FIG. 1,
14 in Figures 5 to 9, 14b in Figures 13 to 15, and 14c in Figure 16) are free to have steering movements in a direction transverse to the bogie. Thus, it is also true that the lateral movement of the bogie parts, such as the dancing cross member shown in FIG. 14, can occur independently of the movement of the coupling means 14b.
To ensure the elastic retainer identified by k, in the description, with reference to FIGS. 1 and 2, which is the retainer between the bogie and the body of the wagon, a pair of elastomer pads 76, 76 are worn at parts spaced from the upper surface of the dancing cross member 71, being held there in any desired manner, and are capable of cooperating with the dancing cross member of the wagon (not shown) which is part of the structure of the sole. The function of these buffers will be understood without further description. It will also be understood that a restraint with respect to the yaw movement, less suitable but in some cases adequate, of the dancing crossmember, can be provided by a conventional central plate and a conventional lateral span arrangement.
In Figure 16, there is shown another modified embodiment of the invention, which in this case need only be seen in plan. This embodiment adapts the principles of the invention to a bogie device in which the side frames and the bearing parts or bearings are located inside the wheels.
25c, rather than outward. This device has a number of advantages, i.e. the wheel assemblies are lighter, the axles are shorter, the bending torques in the axles are less and the steering and control levers the associated mechanisms can be of lighter construction since they are smaller. The axles are shown in 10c and 11c and the steering attack levers are designated by
12c and 13c.
The coupling means between the steering drive levers are shown in 14c and can, in this embodiment, take substantially the form shown and described in detail with reference to FIG. 15. A connecting or drawing cross member 44c , relatively flexible, connects the two side frames together
77.77. The construction and operation of this tie rod or cross member and the central arched seat structure
78 which supports it, are similar to the construction and operation of the corresponding parts already described, with respect to the embodiments of FIGS. 5 and 6. Each steering attack lever comprises a structure of the bearing box 79 and each structure of cushion box 79 supports an elastomer pad
80 or 80 '.
These pads which cooperate with the pad box and with the end portions of the side frame structure 77, as shown in Figures 13 and 14, serve the same purpose as the pads 30 and
30 'of the embodiment of Figures 5, 6 and 9, and buffers 64 of the embodiment of Figures 13 and 14. This purpose is naturally in accordance with the principles shown schematically in Figures 1 and 2, and it. is represented in this construction by the elastic retainer ka. A bogie dancing cross member 71c is supported above the elastic elements 38c, and the upper surface of this dancing cross member carries a pair of spaced-apart carrier pads 43c, 43c arranged to come into contact with the body of the wagon. These buffers play the role of buffers 43 in FIG. 9.
In the embodiment of Figure 16, a tow bar (steering bar) is also used. This bar (48c) is mounted to rotate around an intermediate region between its ends, as described with reference to FIG. 5, and has a pivot structure shown in 51c and in 52c to cooperate respectively with the attack levers of management
12c and the body of the wagon, as described with reference to Figures 4, 5 and 6. Brakes shown in
23c are carried by the side frames.
Figures 17 and 18 show an alternative structure which is advantageous for giving a certain play in the steering action, from the lateral forces, while limiting the movement between the lateral frames and the steering attack levers . This device, shown as applied to the gear box and side frame apparatus of the kind shown in FIGS. 5 and 6, is particularly advantageous when there is no tow bar or steering bar to ensure coupling between the movement of the wagon body and the bogie and the directional movement of the bogie, as described with reference to Figures 5 and 6. In this embodiment, the bearing box 18d carries
a system of flanges between which is received an elastomer pad 30d and an apparatus for side frames 32d,
all as shown in Figures 5 and 6. Small stops
81 are carried each time by one of the flanges, and they are placed in such a way that the lateral forces between the sets of head and tail wheels. This compensates for the transfer of weight from the tail wheel assembly to the head wheel assembly during braking. Thus, by providing this compensation, the risk of wheel slippage is reduced. The overall braking effect
<EMI ID = 34.1>
braking of the tail wheel assembly BT, choosing a central line for the construction of suspension 27 inclined with respect to a line t, which is tangent
on the surface of the wheel in the center of the face of the brake shoe. Referring to the two force polygons which constitute Figure 8a, we can see that the effect of the mentioned angle is to create an angle between the vectors.
<EMI ID = 35.1>
<EMI ID = 36.1>
skate and tail wheel. It is necessary to have the same ratio between the normal forces N and the braking forces B, for the two sets of wheels, and the ratio is established by the coefficient of friction chosen for the material of the brake shoe and the face wheel steel.
The total force applied to the brakes is shown in the drawings by arrows which appear on the linkage of the brake beams of Figures 7 and 8. As shown by the force polygon, the braking force applied to the linkage of the beam, at head wheel set
<EMI ID = 37.1>
The tail wheel assembly link is shown on the side of the wagon bogies. With conventional bogies, this clearance is necessary to prevent the formation of large lateral forces which would arise if the deformation of the bogie frame in the curves was limited by the contact between the brake pads and the flanges of the wheels. The above problems can be combined to cause brake sticking, wheel overheating, wear contacts
brake pads with the flanges of the wheels, and even lead to derailments due to the failure of the wheels.
In the braking arrangement shown in FIGS. 7,8 and 8a, these disadvantages are overcome, mainly because of the association of the braking beams with the steering attack levers, which makes it virtually possible to '' eliminate uneven wear of the pad and completely prevent contact between the pads and the flanges of the wheels. As the braking beams 24 are carried by suspensions 27 supported in the buffer structures 28 integral with the steering attack levers, and because of the fixed angular relationship between the wheel assemblies and the attack levers of steering, the brake pads 26 always remain properly centered with respect to the bands
wheel rolling.
Figure 8 shows how the proper choice of geometric relationships can be used to ensure two different values of braking force B, on the side frame and the steering attack lever are transferred mainly by the stops rather than by the buffers 30d. The eccentricity of these lateral stops
(they are arranged eccentrically to the center line of the axle when viewed in plan) introduces a desirable steering action caused by lateral force. The direction of steering action is chosen to provide stability, to cause the wheel assemblies to rotate in the direction that tends to keep them centered below the body of the car.
Finally, reference will also be made to the original braking device, characteristic of the invention, and to the advantages which are obtained by it. In the old braking devices commonly used in railways, the braking beam is supported by an extension element held in a slot in the frame of the bogie. This system has several significant drawbacks. The friction created at the location of the slot interferes with the precise control of the force between the wheel tread and the brake shoe, and the radial distance between the friction face of the shoe, and its support point. in the slot results in excessive torque on the brake shoe, which, in turn, causes large variations in the unit pressure between the shoe and the tread of the wheel, along the length of the face of the shoe.
Another problem which arises with conventional brakes is the large lateral clearance between the braking beams and the frames. <EMI ID = 38.1>
brakes are actuated by each beam assembly, the arrow showing the force of the brake actuation device for the head wheel assembly is indicated by
<EMI ID = 39.1>
can be supplied by any suitable conventional means
(not shown), suitable for applying a force in
the direction of the arrows shown on the central prop of the braking beam structure.
As indicated above, this device significantly reduces wear on the brake pads and leads to
much safer braking.
In summary, the apparatus shown in the various embodiments of the invention, based as it is on the fact that the important role played by
stiffness control for yaw movement and lateral stiffness, virtually eliminates
the contact of the tubes in the curves and greatly reduces the forces on the tubes when the contact occurs. In addition, excellent stability at high speed is obtained, with a resulting reduction in wear and
cost issues. As will now be understood, these advantages are obtained by providing means of restraint or restraint between the lateral frames and the steering attack levers of a bogie, in order to reduce
the yaw movement of the axles, by having the steering attack levers coupled by other retaining means, and by providing suitable retaining means between the lateral frames or their associated dancing cross member, and the vehicle body. The use of equal restraint between the side frames and the attack levers
direction, on each side, for example at the four buffers 30 in the embodiment of Figures 5
and 6, has the advantage of reducing the quantities of parts required and of simplifying assembly and maintenance. The use of uneven restraint which, in some cases, can be achieved by eliminating restraint pads
on an axle, can further improve the desired radial steering action during the passage of curves.
By limiting the forces of the wagon body on the side frames, as for example by the use of a
tow bar, this is very advantageous for reasons that will now be understood, while the use of eccentric lateral stops between the steering attack levers and the lateral frames can, in certain cases, provide stability like that that is obtained by the steering link rods (or steering rods).
The invention has been analyzed mathematically and shown diagrammatically, and shown and described for different embodiments. Although importance has been given to elastomeric retaining means, similar advantages can be obtained by using elastic steel springs. The use of elastomer retaining means has the advantage, however, of simultaneously ensuring elasticity between the lateral frame and the body of the wagon, while at the same time providing vertical and lateral flexibility in the suspension.