EP0035443B1

EP0035443B1 - Suspension pour chassis à au moins deux essieux de véhicule de chemin de fer et chassis muni de cette suspension

Info

Publication number: EP0035443B1
Application number: EP81400291A
Authority: EP
Inventors: Pierre Boissier
Original assignee: Usines Et Acieries De Sambre Et Meuse SA
Current assignee: Usines Et Acieries De Sambre Et Meuse SA
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1984-06-13
Also published as: IE51214B1; FR2477090B1; ATE7876T1; DE3164050D1; FR2477090A1; EP0035443A1; IE810424L

Description

La présente invention concerne une suspension pour un châssis à au moins deux essieux de véhicule de chemin de fer, tel que wagon.
On désigne par « suspension dans la présente description, les moyens mécaniques en partie déformables qui relient les essieux au châssis, ce dernier pouvant aussi bien être celui d'un wagon à au moins deux essieux que celui d'un bogie articulé au bâti d'un wagon à plusieurs bogies.
La présente invention concerne également un châssis muni de cette suspension.
Dans le cas particulier des wagons à deux essieux, chaque essieu, monté à chacune de ses extrémités dans une boîte d'essieu, est maintenu perpendiculaire à l'axe du châssis par des systèmes à ressorts pourvus de moyens d'amortissement qui relient chacun une boîte d'essieu au châssis.
Dans le cas particulier des wagons à bogies à au moins deux essieux, le montage est semblable. Selon une réalisation particulière décrite dans le FR-E-82179, chaque boîte d'essieu supporte le châssis par l'intermédiaire de au moins deux ressorts de compression hélicoïdaux montés de part et d'autre de l'essieu. Un ressort est comprimé entre la boîte d'essieu et un chapeau sur lequel s'exerce une partie du poids du wagon. Pour chaque boîte d'essieu, le châssis d'essieu, tandis que le chapeau est sollicité obliquement vers le bas par l'intermédiaire d'un organe articulé relié au châssis. La boîte d'essieu est montée à friction entre une face plane de référence du châssis et un poussoir actionné par le chapeau qui tend à appliquer la boîte d'essieu contre la face de référence du fait de l'oblicité de la sollicitation due à l'organe articulé.
Ce montage assure simultanément l'amortissement des oscillations des ressorts et le positionnement rigoureux de l'essieu perpendiculairement à l'axe du châssis.
Ces suspensions fonctionnent de façon satisfaisante sur les voies ferrées en ligne droite. Par contre, lorsque le châssis se déplace sur un tronçon de voie courbe, le maintien simultané des deux essieux en position perpendiculaire à l'axe du châssis occasionne un frottement important entre les roues et la voie ferrée. Ce frottement important entre les roues et la voie ferrée. Ce frottement entraîne une usure prématurée des roues, en particulier de la partie épaulée - ou boudin - de ces dernières, et des sections courbes de voie ferrée. Par ailleurs, les bogies ainsi équipés s'inscrivent difficilement dans les courbes relevées, et on constate même le déraillement de certains wagons dans des courbes serrées.
Le FR-A-1 072 207 décrit une suspension qui est conforme au préambule de la revendication 1 et qui remédie aux inconvénients énoncés ci- dessus. Selon ce document, les deux brides sont des brides de traction qui sont disposées symétriquement lorsque le véhicule se déplace en ligne droite, la boîte d'essieu ayant alors une position moyenne entre deux limites de débattement longitudinal. Cette disposition a deux inconvénients. En effet, la position de ligne droite a bien une certaine stabilité car que l'essieu s'en écarte d'un côté ou de l'autre, il apparaît un effort de rappel croissant, mais cette stabilité n'est pas exemplaire et on peut constater certains effets de lacet en ligne droite. D'autre part, l'effort de rappel croissant gêne considérablement l'essieu lorsqu'il doit prendre de fortes orientations dans les courbes serrées.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une suspension dans laquelle les essieux ont une position de ligne droite plus stable tout en négociant plus facilement les courbes serrées.
Ce but est atteint en utilisant les moyens énoncés dans la partie caractérisante de la revendication 1.
La différence d'inclinaison entre les brides est à l'origine d'un effort de rappel sollicitant la boîte d'essieu contre la face de référence.
Ainsi, en ligne droite, l'essieu est dans une position bien déterminée par la face de référence. Pour l'en écarter, il ne suffit plus d'une petite perturbation, il faut un effort dépassant le seuil d'effort déterminé par la différence d'inclinaison entre les brides. L'essieu est donc très stable en ligne droite. En virage, un tel effort dépassant le seuil précité apparaît. Cependant, la combinaison de la bride de traction et de la bride de compression fait que la différence initiale d'inclinaison entre les brides se conserve sensiblement lorsque la boîte d'essieu s'écarte de la face de référence.
Cette différence d'inclinaison est ainsi à l'origine d'un effort de rappel qui, au lieu de croître, varie peu en fonction de l'écartement de la boîte d'essieu relativement à la position où elle est en appui contre la face de référence. L'essieu, une fois qu'il a vaincu l'effort de rappel, n'a donc aucune difficulté à s'orienter, même en courbe serrée.
De préférence, les moyens élastiques comprennent au moins deux ressorts montés de part et d'autre de l'essieu, au moins un ressort de chaque côté de l'essieu est situé entre la boîte et un chapeau relié au châssis par les brides de liaison.
Selon un autre objet de l'invention, le châssis à deux essieux muni d'une suspension du genre ci- dessus est caractérisé en ce que cette suspension équipe les deux essieux du châssis, les brides articulées montées en traction et en compression occupant dans les deux essieux des positions sensiblement symétriques relativement au plan médian transversal du châssis.
Ainsi, les deux essieux du châssis peuvent s'orienter relativement au châssis en fonction de la courbure de la voie, ce qui limite les écarts angulaires des essieux par rapport au châssis ; en outre, le comportement du châssis est sensiblement identique selon que le wagon circule dans un sens ou dans l'autre sur la voie ferrée, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas du matériel ferroviaire.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :

la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un bogie dont les deux essieux sont équipés de la suspension conforme à l'invention ;
la figure 2 est une demi-vue de face du bogie de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue de dessus avec arrachement, du bogie de la figure 1 ;
la figure 4 est une vue schématique, à échelle agrandie, avec coupe partielle, de l'une des suspensions du châssis de la figure 1 ;
la figure 5 est une vue analogue à la figure 4, mais plus schématique, et montrant en trait mixte la position prise par les diverses pièces en cas de déplacement latéral de la boîte d'essieu par rapport au châssis.

Le bogie représenté aux figures 1 à 3, comporte un châssis qui comprend deux longerons 1 reliés par une traverse centrale 32 et deux traverses d'extrémité 2 constituant avec les longerons 1 un cadre porté par quatre roues 3 couplées par paire au moyen de deux essieux 4. Chaque essieu 4 est relié à ses deux extrémités au châssis par l'intermédiaire d'une suspension 6 situé au-delà de la roue 3 correspondante par rapport au milieu de cet essieu 4.
Comme le montre en particulier la figure 4, chaque essieu 4 est porté à ses deux extrémités par une boîte d'essieu 7 dans laquelle sont logés les roulements à bille qui permettent la rotation de l'essieu 4 par rapport au châssis.
La boîte d'essieu 7 présente deux embases 8 dirigées de part et d'autre de l'essieu 4 à distance au-dessous du longeron 1, et sur chacune desquelles repose l'extrémité inférieure d'un ressort hélicoïdal de suspension 9.
Les ressorts 9 sont comprimés entre ces deux embases 8 et deux chapeaux 11, 12 reliés au châssis et sur lesquels s'exerce, en service, une partie du poids du wagon.
Conformément à l'invention, chacun des chapeaux 11, 12 est relié au longéron 1 par une paire de brides de liaison 13 ou 14. Les deux brides 13 ou 14 d'une même paire sont montées en parallèle et articulées au chapeau 11 ou 12 correspondant qui, à cet effet, porte latéralement deux tourillons 16 opposés d'axe sensiblement parallèle à l'essieu 4.
Les brides 13 constituent des biellettes montées en compression entre le chapeau 11 et le châssis 1. A partir du tourillon 16, les brides 13 sont dirigées à l'opposé de l'embase 8 et sont fixées sur un axe 17 qui s'articule sur le longeron 1.
Les brides 14 sont des anneaux montés en traction entre le chapeau 12 et deux oreilles 18 solidaires du longeron 1. Ces oreilles 18 sont ménagées à l'extrémité d'une aile 19 à section en U partant du longeron 1, dirigée vers l'embase 8 ; elles prolongent les jambes de l'U, qui sont tournées vers le ressort 9, et viennent ainsi de part et d'autre de ce dernier. Chaque bride 14 est articulée à l'oreille 18 au moyen d'un tourillon 21, porté par cette oreille 18, dirigé vers l'extérieur de l'aile 19 en U, d'axe sensiblement parallèle à l'essieu 4, et plus proche de l'embase 8 que le tourillon 16 du chapeau 12. Dans l'exemple représenté l'entraxe séparant les tourillons 16 du chapeau 11 de l'axe 17 est supérieur à l'entraxe séparant les tourillons 16 du chapeau 12 des tourillons 21.
Comme le montre la figure 4, la ligne XX' qui joint l'axe 17 et le tourillon 16 de l'une ou l'autre des brides 13 et la ligne YY' qui joint les tourillons 16 et 21 de la bride 14 qui lui fait face sont inclinées en sens contraire l'une de l'autre par rapport à l'axe ZZ' des ressorts 9 qui est sensiblement vertical quand le bogie est en position de service sur une voie ferrée horizontale, et convergent vers le bas, au-dessous de la boîte d'essieu 7. En outre, l'angle d'inclinaison B de la ligne YY' est plus important que l'angle d'inclinaison A de la ligne XX' par rapport aux axes ZZ' dans l'exemple représenté. Cependant, on peut envisager de permuter la position de l'anneau 14 et de la biellette 13 par rapport à l'axe médian de la boîte d'essieu. Dans ce cas, l'angle A de la biellette doit être supérieur à l'angle B de l'anneau.
L'inclinaison des lignes XX' et YY' qui constituent sensiblement les lignes d'application des forces sur les chapeaux 11 et 12, détermine une sollicitation de ces derniers l'un vers l'autre et vers la boite d'essieu 7.
Sous l'effet de cette sollicitation, les chapeaux 11 et 12 s'appuient de part et d'autre de la boîte d'essieu 7 par l'intermédiaire de deux poussoirs antagonistes 23. Les poussoirs 23 comprennent une queue 24 dont l'extrémité repose contre les chapeaux 11, 12, et qui est montée à coulisse dans un alésage 26 ménagé dans la base de l'U de l'aile 19 pour l'un des poussoirs 23, et, pour l'autre poussoir 23, dans une aile 22 solidaire du longeron 1 et faisant face à la base de l'U de l'aile 19 de l'autre côté de la boîte d'essieu 7.
Les poussoirs 23 comportent aussi une tête 27 dont la face frontale, qui est plane, prend appui sur les faces latérales planes elles aussi de la boîte d'essieu 7. Des garnitures de friction 28, 29, par exemple en acier au manganèse, sont soudées sur les faces frontales des têtes 27 des poussoirs 23 ainsi que sur les faces latérales planes de la boîte d'essieu 7.
Les poussoirs 23 ne peuvent s'enfoncer dans les alésages 26 au-delà d'une position entièrement rétractée dans laquelle la face arrière de leur tête 27 est en butée contre un bossage 31 lequel débouche chacun des alésages 26 du côté de la boîte d'essieu 7.
Le bogie représenté à la figure 1 comporte aux deux extrémités de chacun de ses essieux 4 une suspension du genre qui vient d'être décrit. Le montage de ces suspensions est symétrique par rapport au plan médian transversal du bogie, de sorte que pour chaque suspension, les brides 13 qui travaillent en compression sont associées au ressort 9 situé à l'opposé de l'autre essieu 4 relativement à la boîte d'essieu 7 considérée et présentent une inclinaison moindre que les brides 14 qui travaillent en traction.
Le fonctionnement de la suspension décrite ci- dessus est le suivant :

Les efforts qui s'exercent sur les chapeaux 11, 12 désignés par R1 et R2 à la figure 4 ont une composante P1 ou P2 dirigée selon ZZ', et une composante F1 ou F2 dirigée selon l'axe des poussoirs. Les composantes P1 et P2 qui tendent à comprimer les ressorts 9 sont sensiblement égales, tandis que, du fait de la différence d'inclinaison des lignes XX' et YY', la composante F1 appliquée au chapeau 11 est inférieure à la composante F2 appliquée au chapeau 12.

Quand le bogie circule en ligne droite, cette différence entre F1 et F2 pousse la boîte d'essieu 7 vers le chapeau 11, de sorte que le poussoir 23 affecté à ce chapeau 11 est dans sa position rétractée avec sa tête 27 en butée sur le bossage 31. Cette disposition permet d'assurer un équilibre stable des deux essieux au cours du déplacement en ligne droite du wagon.
Dans cette position, les axes des poussoirs 23 sont situés dans le même plan que les axes des tourillons 16 des chapeaux 11,12. Par ailleurs, la distance D (figure 5) subsistant entre la face arrière de la tête 27 du poussoir 23 associé au chapeau 12 et le bossage 31 correspondant détermine la course latérale maximum de la boîte d'essieu 7, par rapport au châssis. Dans le cas d'un bogie, la distance D peut être par exemple, de 12 mm.
Du fait de la symétrie des suspensions du bogie par rapport au plan médian de ce dernier, de chaque côté du bogie les roues 3 sont écartées au maximum l'une de l'autre.
Par ailleurs, quand les roues 3 rencontrent des inégalités sur la voie ferrée, la boîte d'essieu 7 prend par rapport au châssis des oscillations qui sont amorties par la friction des garnitures 28 des poussoirs 23 sur les garnitures 29 de la boîte d'essieu 7.
Quand le bogie aborde une courbe, le boudin de la roue 3 qui est extérieure à la courbe et qui appartient à l'essieu 4 arrivant en tête prend appui contre le rail et tend à se mettre à plat contre celui-ci.
Cet effet exerce sur l'essieu 4 un couple qui tend à presser davantage la boîte d'essieu 7 extérieure à la courbe contre le poussoir 23 qui est déjà en position rétractée, et tend à ramener l'autre boîte d'essieu 7 en direction du chapeau 12.
Si la force s'exerçant du fait de ce couple sur la boîte d'essieu 7 intérieure à la courbe est supérieure à la différence des forces F1 et F2, ce déplacement de la boîte d'essieu 7 a lieu et celle-ci occupe par exemple la position représentée en trait mixte à la figure 5.
Dans cette position, le déplacement de la boîte d'essieu 7 a entraîné un déplacement correspondant des chapeaux 11, 12 de sorte qu'aucune déformation latérale des ressorts 9 n'est à crain- dre.
Les brides 13 et 14 ont pivoté autour de l'axe 17 et des tourillons 21 de sorte que le chapeau 11 est en outre légèrement remonté vers le longeron 1 tandis que le chapeau 12 s'est au contraire légèrement rapproché de l'embase 8.
Au cours de ce déplacement de la boîte d'essieu 7, les inclinaisons des lignes XX' et YY' augmentent toutes deux, de sorte que la différence entre les composantes F1 et F2 ne varie pas de façon substantielle et peut même être maintenue sensiblement constante.
Cette propriété constitue un des avantages importants de la suspension conforme à l'invention car elle permet aux essieux de s'inscrire dans des courbes serrées sans qu'il soit nécessaire d'augmenter exagérément la force appliquée aux boîtes 7 par les roues 3.
Dès que le second essieu 4 aborde la courbe de la voie ferrée, le boudin de sa roue 3 extérieure à la courbe prend appui sur le rail et tend aussi à déplacer la boîte d'essieu 7 intérieure à la courbe vers le chapeau 12.
Ainsi, les deux roues 3 intérieures à la courbe tendent à se rapprocher l'une de l'autre tandis que les deux autres roues 3 gardent un écartement sensiblement inchangé.
La suspension conforme à l'invention permet ainsi d'assurer simultanément l'amortissement des oscillations et l'orientation de l'essieu 4 avec un nombre de pièces très réduit.
L'invention réalise en outre en excellent compromis entre un positionnement rigoureux des essieux 4 en ligne droite et une orientation des essieux 4 en courbe résultant d'efforts relativement modérés.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples.
C'est ainsi que les brides travaillant en traction pourraient être associées au ressort opposé à l'autre essieu du châssis relativement à la boîte d'essieu considérée, et être moins inclinées que les brides travaillant en compression.
Par ailleurs, on peut se contenter de n'équiper qu'un essieu de la suspension conforme à l'invention.

Claims

1. Suspension pour châssis à deux essieux de véhicule de chemin de fer, l'un au moins des essieux étant monté, au voisinage de chacune de ses extrémités, dans une boîte d'essieu (7), cette suspension (6) comprenant, pour chaque boîte (7) de cet essieu (4), des moyens élastiques (9) soutenus par la boîte d'essieu et qui, de chaque côté de cette dernière, prennent appui sur le châssis par l'intermédiaire d'au moins une bride de liaison articulée par rapport au châssis (1) et par rapport à l'extrémité des moyens élastiques (9) associée au châssis, les deux lignes (XX', YY') d'application des efforts auxquels sont soumis ces brides (13, 14) et qui passent par les points d'articulation (16, 17, 21) de ces dernières ayant des inclinaisons (A, B) contraires, l'une des brides (14) étant montée en traction, et des moyens de couplage aménagés entre la boîte d'essieu (7) et les articulations (16) des brides (13, 14) aux moyens élastiques (9) pour que tout déplacement de la boîte d'essieu en direction longitudinale du châssis (1) entraîne un déplacement correspondant de ces articulations (16), caractérisée en ce que l'autre bride (13) est montée en compression, en ce que les deux brides (13, 14) ont des inclinaisons (A, B) différentes, et en ce que le châssis porte une face de référence (31) contre laquelle s'appuie en ligne droite la boîte d'essieu (7) sous l'effet du seuil d'effort s'exerçant sur elle du fait de la différence d'inclinaison des brides (13, 14).

2. Suspension conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que les deux lignes (XX', YY') d'application des efforts auxquels sont soumis les brides (13,14) convergent vers le bas, et en ce que les moyens de couplage comprennent deux poussoirs à friction (23) antagonistes interposés entre la boîte d'essieu et l'articulation (16) des brides (13, 14) aux moyens élastiques (9).

3. Suspension conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens élastiques comprennent au moins deux ressorts (9) montés de part et d'autre de l'essieu (4), au moins un ressort de chaque côté de l'essieu étant situé entre la boîte (7) et un chapeau (11 ou 12) relié au châssis (1) par les brides de liaison (13, 14).

4. Suspension conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de couplage (23) associés à la bride (13) articulée en compression sont destinés à exercer sur la boîte d'essieu (7) un effort latéral (F1) inférieur à l'effort (F2) exercé par les moyens de couplage (23) associés à la bride (14) articulée en traction.

5. Suspension conforme à l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle les moyens de couplage sont des poussoirs (23), caractérisée en ce que, en position d'équilibre en ligne droite, le poussoir (23) destiné à exercer sur la boîte d'essieu (7) l'effort latéral (F1) le plus faible est totalement rétracté et repose contre la face de référence (31 ).

6. Suspension conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que le poussoir (23) entièrement rétracté en position d'équilibre en ligne droite est situé à l'opposé de l'autre essieu (4) relativement à la boîte d'essieu (7).

7. Châssis à deux essieux muni d'une suspension conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que cette suspension (6) équipe les deux essieux (4) du châssis, les brides (13,14) articulées montées en traction et en compression occupant dans les deux essieux (4) des positions sensiblement symétriques relativement au plan médian transversal du châssis.