La présente invention concerne une installation ferroviaire
équipée d'un train de roues à écartement variable. On connaît déjà de tels essieux comprenant soit des roues fixes sur l'axe, soit des
roues tournant librement par rapport à lui. La position axiale des
roues est, dans chaque cas, déterminée par des éléments mécani
ques constituant un verrouillage axial.
L'invention a pour objet une installation ferroviaire compre
nant d'une part du matériel roulant sur des roues déplaçables
axialement par rapport à leur axe non tournant, attaché au voisi
nage de ses extrémités à la caisse du véhicule ou à son châssis, respectivement au châssis d'un bogie, cet axe étant creux et portant,
entre ses points d'attache au véhicule, les roues tournant par l'in
termédiaire de roulements à rouleaux cylindriques, la position
axiale de chaque roue étant déterminée par celle d'une butée
axiale portée par une bague de positionnement axial déplaçable
axialement, mais dont la position est normalement déterminée par
un verrou de blocage commun aux deux roues d'un même essieu,
verrou constituant un ensemble rigide déplaçable sensiblement
perpendiculairement par rapport à l'axe,
un élément de guidage
axial étant disposé entre l'axe et le verrou limitant leur jeu axial
au strict nécessaire tout en permettant les mouvements d'engage
ment et de dégagement du verrou, L'ensemble étant disposé de
telle façon que l'écartement des roues est variable et permet au vé
hicule de circuler sur des voies dont l'écartement est différent,
d'autre part le matériel de voie permettant de réaliser le change
ment d'écartement des roues lors du passage sur lui de l'essieu,
I'installation comprenant un dispositif mécanique de commande
des mouvements d'engagement et de dégagement du verrou, au moins un élément de cet ensemble entrant en contact avec au
moins un organe du matériel de voie lors d'une opération de
changement d'écartement,
le verrou comprenant une partie dispo
sée à l'intérieur de l'axe, constituée par une barre portant au moins
une dent située au droit de la bague de positionnement axial de
chaque roue et coopérant avec elle, caractérisée en ce que le dispositif mécanique de commande des mouvements d'engagement et de dégagement du verrou comprend une piéce coulissant longitu
dinalement par rapport à l'axe et exerçant une poussée lorsque
l'essieu circule normalement, c'est-à-dire ailleurs que sur le matériel réalisant le changement d'écartement, contre la barre du verrou, dans un sens tendant à le maintenir engagé.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'installation selon l'invention et une variante de détail.
Dans ce dessin, les organes qui se correspondent d'une figure à l'autre portent le même chiffre repére. Ce chiffre peut être affecté d'un indice a), respectivement b), suivant qu'il désigne un organe existant symétriquement à gauche, respectivement à droite de l'installation.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale par un plan vertical de l'essieu selon la premiére forme d'exécution.
Les fig. 2a, 2b, 2c et 2d sont des vues partielles de l'essieu de la fig. 1, en coupe axiale par un plan vertical, représentant schématiquement quatre positions différentes occupées successivement par le mécanisme de commande du verrou lors d'une manoeuvre de dégagement, respectivement d'engagement du verrou:
La fig. 2a représente le verrou engagé et en position normale;
la fig. 2b représente le verrou engagé, les bielles genouilléres étant en tension maximum;
la fig. 2c représente le verrou engagé, les bielles genouilléres étant en tension nulle;
la fig. 2d représente le verrou, dégagé.
La fig. 3 est une vue partielle de l'essieu en coupe axiale par un plan horizontal représentant le mécanisme de commande du verrou, à plus grande échelle.
La fig. 4 est une vue partielle de l'essieu en coupe axiale par un plan vertical représentant le mécanisme de commande du verrou selon la seconde forme d'exécution.
La fig. 5 représente une variante de détail du mécanisme de commande du verrou représenté à la fig. 2a.
La fig. 6 représente en coupe transversale, à plus grande échelle, un détail du matériel de voie de changement d'écartement représentant le rail support et un dispositif complémentaire permettant d'assurer le guidage axial précis des roues.
La fig. 7 est une vue schématique en coupe transversale du matériel de voie.
La fig. 8 est une vue en plan du matériel de voie montrant le tracé des divers rails supports, de guidage de l'essieu et de commande du mécanisme de verrouillage.
Les pièces principales suivantes sont représentées au dessin:
1 a, b la roue
2 a, b bande de roulement
3 a, b jante
4 a, b moyeu
5 - axe de l'essieu
6 a, b roulement extérieur
7 a, b bague intérieure du roulement 6
8 a, b couronne de rouleaux cylindriques du roulement 6
9 a, b bague extérieure du roulement 6 10 a, b roulement intérieur
Il a, b bague intérieure du roulement 10 12 a, b couronne de rouleaux cylindriques du roulement 10 13 a, b bague extérieure du roulement 10 14 a, b roulement à billes de butée axiale 15 a, b bague intérieure du roulement 14 16 a, b bague extérieure du roulement 14 17 a, b manchon d'attache de l'axe à la caisse 20 a, b bague de positionnement axial 21 a, b trou de blocage du grand écartement 22 a, b trou de blocage du petit écartement 24 - verrou de blocage 25 - pièce centrale du verrou 26 a, b dent du verrou 27 a,
b cône de prolongement de la barre centrale du verrou 34 a, b douille intermédiaire 35 a, b patin de commande du verrou 36 a, b axe d'oscillation du patin de commande du verrou 37 - protection fixe 38 a, b protection tournante 46 a, b rail porteur 47 a, b rail de guidage continu 48 a, b élément de guidage discontinu 49 a, b lames verticales élastiques du rail de guidage
discontinu 50 a, b ressort des lames élastiques de guidage 60 a, b rail de guidage de la caisse 61 a, b rail de commande de la manoeuvre du verrou 62 - voie à petit écartement 63 - voie à grand écartement 64 - traverses supports 65 a, b supportes rails de commande du verrou 66 a, b console support du rail de guidage de la caisse 74 a, b jeu de pièces de serrage 75 a, b rondelle ressort 76 a, b douille de fermeture 77 a,
b anneau en deux piéces de butée 78 barre barre du verrou 79 a, b pièce coulissant longitudinalement 80 a, b axe d'articulation 81 a, b patin intérieur d'appui 82 a, b patin extérieur d'appui 83 a, b bras de prolongement 84 a, b bielle genouillère 85 a, b axe d'articulation sur la barre du verrou 86 a, b nervure de liaison de la bielle genouillère 84 87 a, b surface de la bielle genouillère 84
de dégagement du verrou 88 a, b surface fixe 89 a, b joint d'étanchéité 90 a, b couvercle de fermeture 91 a, b orifice de passage du bras 92 a, b joue de guidage 93 a, b joue de guidage 94 a, b levier auxiliaire 95 a, b coin de dégagement du verrou 96 a, b butée de commande.
L'essieu représenté aux fig. 1, 2, 3, 4 et 5 est constitué par un axe 5 se terminant par un manchon comprenant une rainure dans laquelle est monté un anneau de butée 77 en deux pièces. Cet anneau, compte tenu de l'effet du manchon 17 d'attache de l'axe à la caisse et de la douille de fermeture 76, bloque axialement, par déformation élastique de la rondelle ressort 75, toutes les pièces montées sur l'essieu 5, à savoir les douilles 34 et les couronnes intérieures 11 et 7 des roulements à rouleaux cylindriques 10 et 6, en les pressant fortement les unes contre les autres. Le manchon 17 d'attache de l'axe à la caisse peut être utilisé, s'il y a lieu, sous une forme différente pour attacher l'essieu au cadre d'un bogie. Disposées symétriquement par rapport à l'axe médian, deux bagues de positionnement axial 20 glissent sur la surface extérieure de l'axe 5.
Chacune de ces bagues porte un roulement à billes 14 constituant une butée axiale et comprenant une bague intérieure 15 fixée sur ladite bague 20 et une bague extérieure 16 fixée au moyeu 4 de la roue 1 qui porte par ailleurs deux roulements à rouleaux cylindriques aussi écartés l'un de l'autre que possible, 6 et 10.
Au lieu de prévoir un guidage à trois éléments, deux roulements à rouleaux 6 et 10 et un roulement à billes 14, il est possible de combiner l'effet des deux derniers éléments en montant par exemple le roulement à rouleaux 10 sur le manchon 20 en lieu et place du roulement à billes 14. Il faut alors prévoir une autre exécution de ce roulement à rouleaux 10 lui permettant de supporter simultanément des charges radiales et axiales. Cette simplification est possible car, vu la position relative de la bande de roulement 2, des couronnes 8 et 12 des roulements à rouleaux 6 et 10, la plus grande partie de la charge verticale est absorbée par le roulement 6, et le roulement 10 n'en supporte qu'une très faible partie.
La roue comprend en outre un voile 4 se terminant par une jante 3 sur laquelle est fixée la bande de roulement 2 proprement dite qui est en contact avec le rail 46.
L'installation comprend, en outre, un verrou de blocage 24 constitué d'une pièce centrale 25 portant deux dents 26a et 26b pénétrant chacune dans un orifice correspondant ménagé dans chaque bague 20a et 20b de positionnement axial pour en déterminer la position.
Le verrouillage, respectivement le déverrouillage des roues 1, est obtenu par un déplacement du verrou 24 engageant, respectivement dégageant, ses dents 26a et 26b dans les logements ménagés dans les bagues de positionnement axial 20a et 20b; pendant ces manoeuvres qui se font sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe, le verrou reste guidé axialement selon divers moyens, par exemple, comme indiqué sur la fig. 1, par guidage de la surface extérieure d'au moins une dent 26a ou 26b par rapport à l'axe 5.
La barre centrale 25 constituant avec ses dents 26 le verrou 24 se prolonge jusqu'aux extrémités de l'axe par des éléments coniques 27. Ces derniers constituent, avec la pièces centrale du verrou 25, une barre 78 traversant l'essieu sur pratiquement toute sa longueur. Le mécanisme de manoeuvre est situé aux deux extrémités de l'axe et monté entre lui et les extrémités de cette barre 78.
Le mécanisme du verrou comprend un axe d'articulation 85 situé à chaque extrémité de la barre 78. Cet axe porte, dans le cas des fig. 1 et 2, une bielle genouillère 84 dont l'autre extrémité est articulée en 80 par rapport à une pièce coulissant longitudinalement 79. Cette pièce se prolonge par l'intermédiaire d'un bras 83 vers l'extérieur de l'essieu et traverse par un orifice 91 le couvercle de fermeture 90 monté à chaque extrémité de l'axe 5. Ce bras 83 porte un patin de commande du verrou 35 oscillant autour d'un axe 36. La pièce 79 coulissant longitudinalement appuie contre la surface intérieure de l'axe et contre une surface du convercle de fermeture 90 par l'intermédiaire des patins d'appui intérieurs 81 et extérieurs 82.
Dans le cas de cette figure, la bielle genouillère 84 est constituée par deux côtés entourant les extrémités de la barre du verrou 78 ainsi qu'une partie de la pièce coulissant longitudinalement 79. Ces deux côtés sont reliés par une nervure 86 qui, par ailleurs, dans la position verrou engagé , prend appui contre la surface inférieure du bras 83 de prolongement.
Les fig. 2a, 2b, 2c, 2d représentent quatre positions différentes, occupées successivement par les pièces constituant le mécanisme du verrou lors d'une manoeuvre de dégagement, respectivement d'engagement. La disposition selon la fig. 2a est la même que celle sur la fig. 1, cependant le rail 61a de commande de la manoeuvre du verrou est représenté entourant le patin de commande 35a.
Cette position correspond au verrou engagé sous tension normale, soit à la position qu'occupe le mécanisme lorsque l'essieu arrive sur le matériel de voie et commence la manoeuvre de changement d'écartement. Les deux rails 61a et 61b, du fait de l'avance de l'essieu, s'écartent et exercent une poussée sur les patins 35 tendant aussi à les écarter l'un de l'autre. L'axe d'articulation 80 a tendance à sortir de l'essieu.
La fig. 2b représente la position relative des mêmes piéces lorsque l'axe d'articulation 80, par rapport à la bielle genouillère, se trouve dans un même plan vertical que l'axe d'articulation 85 par rapport à la pièce coulissant longitudinalement. Dans cette position, l'axe d'articulation 85 se trouve abaissé, la barre du verrou 78 est fléchie au maximum, les bielles genouillères 84 exercent une poussée verticale descendante sur les dents 26 du verrou qui appuient au fond de leurs logements.
La fig. 2c représente la position de ces pièces au moment où la pièce coulissant longitudinalement 79 ayant continué son mouvement d'écartement, la bielle genouillère 84 arrive en contact, par l'intermédiaire d'une surface 87, avec une surface fixe 88 solidaire de l'essieu. Dans cette position, l'effort tendant à déformer la barre 78 est nul. Si l'on continue la manoeuvre d'écartement des pièces coulissant longitudinalement, les axes 85 sont soumis à un mouvement d'élévation, la bielle genouillère 84 roulant avec un certain glissement contre la surface fixe 88. A ce mouvement d'élévation correspond le dégagement des dents du verrou. En fin de manoeuvre, le dégagement est total, comme représenté dans la fig. 2d.
Pour provoquer le verrouillage, il suffit d'exécuter dans le sens inverse les mêmes manoeuvres que celles mentionnées ci-dessus, en rapprochant l'un de l'autre les patins 35a et 35b, jusqu'à ce que leur position corresponde à celle de la fig. 2a. La barre du verrou est soumise à une flexion tendant à enfoncer et à presser les dents du verrou 26 au fond de leurs logements. Par ailleurs, le point supérieur de la nervure 86 de liaison des deux joues de la bielle 84 arrive en contact avec le bras 83 de manoeuvre de la pièce coulissante et constitue ainsi une butée mécanique de fin de course.
Il est à relever que l'axe d'articulation 80 est situé plus à l'intérieur de l'essieu que l'axe d'articulation 85. I1 en résulte que la position verrou engagé est une position stable pour l'ensemble du mécanisme. La déformation de la bielle provoque une réaction tendant à appuyer la pièce coulissant longitudinalement contre ses surfaces de glissement, à savoir celles du tube de l'axe 5 et celle du couvercle 90. L'importance de cette déformation et des efforts nécessaires à la manoeuvre dépend de la forme des pièces en présence.
Une fois la manoeuvre de dégagement du verrou exécutée, le changement d'écartement se fait automatiquement. En effet, comme chaque roulement à rouleaux cylindriques permet un dé placement axial d'une de ses bagues par rapport à l'autre, même sous charge, la roue se déplace automatiquement axialement en roulant sur le dispositif de changement de voie. Une fois le nouvel écartement obtenu, il suffit d'arrêter le déplacement et de provoquer le mouvement de réengagement du verrou pour fixer la position des roues selon le nouvel écartement.
La fig. 3 est une coupe par un plan horizontal passant à travers l'axe 85 d'articulation fixé aux extrémités de la barre du verrou. Cette figure montre les mêmes piéces que précédemment. On constate que la bielle genouillère 84 comporte deux côtés qui sont reliés par la nervure de liaison 86. Dans cette figure, on remarque, portées par le couvercle 90, les deux joues 92 et 93 servant au guidage latéral de la bielle genouillère et guidant par là également l'ensemble du mécanisme de manoeuvre du verrou.
La fig. 4 représente une autre forme d'exécution d'un mécanisme de verrouillage. Dans ce cas, la pièce coulissant longitudinalement 79 se termine par un coin; elle a une surface cylindrique dans laquelle vient se loger un galet fixé à l'extrémité correspondante de la barre du verrou 78 tournant autour de l'axe 85. Le fonctionnement est dans les grandes lignes le même que précédemment. Un mouvement de sortie de la pièce coulissant longitudinalement 79 provoque la disparition de l'effort de fermeture du verrou, puis le soulèvement de la barre 78. Par contre, en rapprochant l'un de l'autre les patins de commande 35, le coin appuie contre le galet, déforme la barre et presse le verrou dans son logement comme précédemment.
La fig. 5 représente une variante de détail de la forme d'exécution représentée aux fig. I et 2, consistant en une autre disposition de la surface 88 permettant le dégagement du verrou. En effet, dans le cas de cette figure, la nervure de liaison 86 vient appuyer par une surface 87 contre la surface 88 qui, dans ce cas, est portée par le couvercle de fermeture 90. Le fonctionnement reste dans les grandes lignes le même que celui décrit à propos de la fig. 2.
La fig. 6 représente un détail des rails supports et de guidage axial de la roue lorsque l'essieu passe sur le matériel de changement d'écartement. Comme le verrou positionnant axialement les roues est alors retiré, il convient de fixer avec précision et sécurité la position axiale des roues. A cet effet, l'écartement des rails supports 46 est légèrement augmenté par rapport à la valeur normale.
Un rail supplémentaire 47 continu est disposé judicieusement entre les deux roues dans le cas de la figure. Un dispositif élastique applique d'une façon continue la roue contre le rail de guidage 47.
Ce dispositif est constitué par un jeu d'éléments de guidage 48 portés par des lames élastiques 49. Un ressort 50 exerce une pression contre chacune des lames 49 et tend à les rapprocher du rail de guidage continu 47. Lorsque la roue passe sur elles, celles-ci exercent une poussée sur la roue, l'appliquant contre le rail de guidage. Une autre forme d'exécution de ce dispositif peut être réalisée en plaçant le rail de guidage continu à l'extérieur des deux roues, le dispositif élastique 48, 49 et 50 étant à l'intérieur.
L'installation comprend un nombre suffisant de lames 49 de manière qu'au moins une d'entre elles soit toujours en action, quelle que soit la position occupée par la roue. Par ailleurs, au lieu de faire agir les lames élastiques contre l'un des côtés de la roue, il aurait été possible d'utiliser la surface correspondante du boudin de la roue.
Les fig. 7 et 8 sont deux vues schématiques de l'installation de changement de voie. Elles comprennent les rails 46 supports du véhicule et des dispositifs complémentaires 47 et 48 assurant le guidage précis des roues lorsque le verrou est retiré. Les rails 60 horizontaux sont placés à une hauteur correspondant à l'extrémité
de l'essieu. Ils sont disposés très près d'eux, cependant sans les
toucher. Leur rôle est d'éviter que l'essieu complet et la caisse ne
se déplacent par rapport aux roues lorsque le verrou est retiré. Les
rails 61 exécutent la manoeuvre de dégagement, puis d'engagement
du verrou. A l'entrée et à la sortie du dispositif, ils sont proches
l'un de l'autre, puis s'écartent et restent dans cette position pen
dant la manoeuvre.
Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant:
Lorsque l'essieu dont on veut changer l'écartement arrive sur ce dispositif, par exemple en 62 sur le réseau à voie étroite, on assure tout d'abord le guidage d'extrémité de l'essieu par les rails 60. Les rails 61 de commande de la manoeuvre du verrou entrent en contact avec les patins correspondants pour provoquer leur écartement et, par conséquent, le déverrouillage. Une fois cette opération faite, l'écartement des rails 46 change et augmente pour atteindre la nouvelle valeur désirée. Cette nouvelle valeur obtenue, les rails 46 sont à nouveau parallèles. Les rails de commande du verrou se rapprochent l'un de l'autre et provoquent la manoeuvre d'engagement du verrou. Celle-ci terminée, on supprime le guidage axial 60 de l'essieu et, par conséquent, de la caisse.
Le mécanisme de la manoeuvre d'engagement et de dégagement du verrou permet une action directe du rail sur la position du verrou 24. En effet, bien que le mécanisme comprenne un élément constitué par la barre 78 qui, bien que rigide, est élastique, situé dans la chaîne des appareils reliant le patin de commande 35 au verrou 24, il y a correspondance entre les courses de ces deux éléments. Il en résulte que l'action du patin est directe, aussi bien dans le sens d'une manoeuvre d'engagement que de dégagement du verrou, ce qui constitue un facteur important de sécurité.
La fig. I représente les bagues extérieures 9 et 13 des roulements à rouleaux 6 et 10, comme si elles étaient constituées par une seule pièce. Il est évident que ces bagues peuvent, suivant le cas, être exécutées en une seule ou en plusieurs piéces séparées ou non par des douilles intermédiaires.
Chacune des formes d'exécution ou variante représentées assure le positionnement axial de la roue 1 du véhicule par l'intermédiaire d'une bague de positionnement axial 20 qui est immobile sur l'axe, sauf bien entendu en dehors des instants où une opération de changement d'écartement est en cours. Alors cette bague se déplace sur l'axe, le mouvement étant commandé par celui de la roue. Il est évident qu'il est nécessaire de guider cette bague de telle manière que les trous de blocage 21 ou 22 se présentent devant les dents 26 du verrou. Ce guidage est assuré par des éléments non représentés sur les dessins, constitués par exemple par une rainure ménagée dans la bague 20 et un téton fixé sur l'axe et pénétrant dans ladite rainure dont le tracé peut être rectiligne, ou hélicoïdal.
L'installation comprend en outre les dispositifs usuels nécessaires à la bonne conservation des pièces, soit par exemple les divers joints permettant d'isoler l'intérieur de l'axe et des roues de l'air ambiant pouvant provoquer l'oxydation de certaines pièces.
Par ailleurs, il est nécessaire de prévoir des graisseurs permettant d'assurer un bon graissage des piéces et d'autres éléments pour l'évacuation d'un éventuel excès de graisse.
La commande des mécanismes de verrouillage décrits est réali
sée par des patins 35. I1 est évident que d'autres éléments peuvent
aussi convenir, comme, par exemple, des galets.
La fig. I montre une disposition constructive particulière des dents du verrou selon laquelle celles-ci peuvent être démontées lorsque l'écartement des roues correspond à la voie normale, sans
avoir à démonter d'autres pièces, réserve faite de bouchons et
quelques vis. Ainsi, l'ensemble du mécanisme de manoeuvre du
verrou peut être démonté de l'essieu proprement dit, l'axe 5 et les
roues complètes 1 restant en place. Il est donc aisément possible
de contrôler le comportement de ce mécanisme, car les travaux
nécessaires à cette opération sont de peu d'importance et faciles.