EP0584202A1

EP0584202A1 - Bogie ferroviaire avec chassis a deformabilite selective.

Info

Publication number: EP0584202A1
Application number: EP92911456A
Authority: EP
Inventors: Jean Lienard
Original assignee: SAMBRE ET MEUSE; Sambre & Meuse
Current assignee: SAMBRE ET MEUSE; Sambre & Meuse
Priority date: 1991-05-15
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: EP0584202B1; HU9303219D0; DE69200714D1; OA09823A; RU2104194C1; WO1992020558A1; HU217702B; HUT66719A; FR2676416A1; ES2067335T3; AP297A; AU666481B2; CA2103028A1; ZA923468B; TNSN92035A1; AU1908592A; AP9200387A0; ATE114280T1; CZ240993A3; US5417163A

Abstract

Les longerons (1) s'appuient sur les essieux par l'intermédiaire de suspensions élastiques (12) avec amortissement par friction. La traverse (18) s'appuie par l'intermédiaire de blocs élastiques (32) sur le côté inférieur d'une fenêtre (24) pratiquée à travers chaque longeron. Chaque bloc élastique (32) s'appuie sur une face (31) du longeron qui présente par rapport à la direction longitudinale (L) de la traverse (18) une inclinaison (A) telle que la force pressante (F) du bloc élastique a une composante horizontale (FHT) qui pousse le longeron à s'appuyer par une face de référence (26) contre une face de référence conjuguée (28) appartenant à la traverse. Ainsi, les longerons (1) sont constamment rappelés dans une configuration privilégiée de perpendicularité par rapport à la traverse. Utilisation pour combattre efficacement les déformations parasites et les mouvements de lacets des bogies à châssis déformable.

Description

i "Bogie ferroviaire avec châssis à défor abi1ité sélective"

La présente invention concerne un bogie comprenant deux longerons entre lesquels s'étendent au moins deux essieux et, entre ceux-ci, une traverse dont chaque extrémité est réunie à l'un respectif des longerons par une liaison articulée.

On utilise de tels bogies pour la circulation sur les voies en mauvais état. Au moins les très grosses inégalités sont absorbées non par le jeu d'une suspension entre essieu et longeron, mais par un mouvement de balancier du longeron dans son plan vertical.

Ce type de châssis a cependant l'inconvénient de permettre de nombreux mouvements parasites, et notamment les mouvements selon lesquels chaque longeron a en permanence tendance à dépasser 1'autre ou être dépassé par lui. En mode oscillatoire, ce type de mouvement conduit à une trajectoire en lacets de l'ensemble du véhicule, et éventuellement un déraillement.

On connaît par.exemple d'après le US-A-2 853 ^'958 et 2 702 512, ou le FR-A- 2 644 743 de nombreux exemples de telles liaisons qui forment en même temps une suspension et qui comprennent à cet effet des ressorts appuyés sur les longerons. Certains de ces ressorts soutiennent directement la traverse. D'autres soutiennent la traverse par l'intermédiaire d'un coin qui engendre une réaction horizontale utilisée pour stabiliser de diverses manières la suspension. Ces articulations sont relativement complexes. Les forces horizontales y sont certes proportionnelles à la charge supportée, mais ne sont toutefois engendrées que par une petite partie de la charge supportée par le bogie.

Le FR-A-22 01 999 concerne une articulation sans coin. La traverse s'appuie sur les longerons par l'intermédiaire de blocs élastiques ayant une forme arquée ou une forme en v qui tend à privilégier la configuration dans laquelle les deux longerons sont perpendiculaires à la traverse. Toutefois, la stabilité de la configuration privilégiée est très faible, notamment car tout écart par rapport à cette configuration entraîne certes une surcompression d'une partie des blocs élastiques, mais aussi une détente d'une autre partie des mêmes blocs élastiques.

On connaît encore d'après le FR-A-26 34 714 un bogie dans lequel des blocs élastiques précontraints agissent en direction horizontale oblique pour appliquer une face verticale de la traverse, opposée à ces blocs, contre une face de référence correspondante des longerons, perpendiculaire à la direction longitudinale du bogie. Cette disposition a l'inconvénient de nécessiter que les faces de référence décollent l'une de l'autre lorsque le longeron effectue son mouvement de balancier dans le plan vertical par rapport à la traverse. En outre, le rappel vers la configuration préférentielle est indépendant de la charge supportée par le bogie, ce qui est un inconvénient puisque la tendance du bogie à prendre des configurations indésirables augmente avec le chargement supporté par le bogie.

Le but de 1*invention est ainsi de proposer un bogie dont les longerons sont articulés à la traverse avec une grande liberté d'effectuer leur mouvement de balancier dans leur plan vertical tout en étant très efficacement empêchés de pivoter dans le plan horizontal par rapport à ladite traverse. Suivant l'invention, le bogie ferroviaire comprenant deux longerons entre lesquels s'étendent au moins deux essieux et, entre ceux-ci, une traverse dont chaque extrémité est réunie à l'un respectif des longerons par une liaison articulée sans coin qui transmet au longeron le poids du véhicule supporté par la traverse tout en permettant au longeron des débattements dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale de la traverse, est caractérisé en ce que : une face de référence latérale appartenant au longeron est en contact de friction avec une face de référence conjuguée appartenant à la traverse, ces faces de référence latérale et conjuguée étant transversales à la direction longitudinale de la traverse ; et la liaison articulée est agencée pour que la traverse transmette au longeron, sous l'action de ladite partie du poids du véhicule une force ayant une composante horizontale appliquant l'une contre l'autre la face de référence latérale et la face de référence conjuguée.

Ainsi, lorsque le longeron pivote dans son plan vertical, les faces de référence latérale et respectivement conjuguée glissent l'une contre l'autre en assurant un amortissement par friction, bénéfique à la stabilité de la trajectoire. L'articulation n'oppose à ce mouvement qu'un couple modéré. Au contraire, si le longeron subit des efforts parasites latéraux, il ne peut s'écarter de la face de référence conjuguée de la traverse car il faudrait pour cela que ces efforts dépassent la composante horizontale de la force due au poids du wagon. Comme cette composante horizontale est proportionnelle au poids du wagon, la stabilité obtenue est proportionnelle à la charge supportée par le bogie.

La force à composante horizontale peut être obtenue par appui entre des surfaces d'appui dont l'une au moins est oblique, de préférence avec interposition d'un bloc élastique. La présence du bloc élastique permet de réduire les tolérances de fabrication de la traverse et du longeron, et assure un certain couple de rappel élastique sur le longeron. Si le bloc élastique est aisément deformable en cisaillement, il peut être fixé au longeron et à la traverse tout en permettant au longeron de s'appuyer latéralement contre les faces de référence de la traverse. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à un exemple non limitatif. Aux dessins annexés : - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un bogie selon l'invention avec coupe partielle de l'une des suspensions d'essieux ; - la figure 2 est une vue de dessus du bogie de la figure 1 avec coupe partielle d'une articulation traverse-longeron ;

- la figure 3 est une vue de face du bogie selon les figures 1 et 2, avec demi-coupe transversale ;

- la figure 4 est une vue d'un détail de la figure 3, à échelle agrandie ; et

- la figure 5 est une vue analogue à la partie centrale de la figure 1 pendant le travail de l'articulation élastique traverse-longeron.

Comme, le montrent les figures 1 et 2, le châssis du bogie comprend deux longerons latéraux 1 dont la direction longitudinale générale M est, au repos, parallèle aux rails 2 et à un plan vertical médian PP du bogie. Dans la suite, on qualifiera d'horizontal tout ce qui est parallèle au plan défini par les deux rails 2 supposés horizontaux et parallèles et de vertical tout ce qui est perpendiculaire à ce plan.

Les deux longerons 1 sont supportés par deux essieux 3 dont l'axe 4 est perpendiculaire au plan PP. Les essieux 3 sont disposés symétriquement de part et 'autre d'un plan transversal vertical médian TT du bogie. Entre les longerons 1, chaque essieu 3 porte deux roues 6. Au delà de chaque roue 6, les essieux 3 ont un prolongement axial 7 supporté par un palier 8 monté dans une boîte d'essieu 9 située sous le longeron. La base de chaque boîte d'essieu 9 est prolongée vers l'avant et vers l'arrière par une oreille 11 s'étendant dans un plan sensiblement horizontal. Un système élastique 12, comprenant dans l'exemple deux ressorts hélicoïdaux à axe vertical commun, s'appuie en compression sur la face supérieure de chaque oreille 11. A chaque extrémité d'essieu, l'un des systèmes élastique 12 s'appuie directement sous le longeron 1. L'autre système élastique 12 s'appuie dans un chapeau 13 qui est tiré vers le bas par le longeron 1 par l'intermédiaire d'une biellette oblique 14. Du fait de l'obliquité de la biellette 14, le chapeau 13 subit une force dirigée obliquement vers le bas, dont la composante verticale comprime le système élastique 12 et dont la composante horizontale est transmise à la boîte d'essieu 9 par l'intermédiaire d'un poussoir 16 monté coulissant dans le longeron. Le poussoir 16 s'appuie sur une face latérale de la boîte d'essieu 9 et pousse la boîte d'essieu 9 à s'appuyer par sa face latérale opposée contre une paroi correspondante 17 du longeron. Ainsi, de manière connue, pendant les oscillations de la suspension, la boîte d'essieu 9 frotte contre le poussoir 16 et contre la face 17 sous une force d'appui qui est proportionnelle à l'état de compression des systèmes élastiques 12, donc proportionnelle à la charge supportée par l'essieu. Ceci produit un effet d'amortissement des oscillations proportionnel à la charge supportée par l'essieu. Les longerons 1 sont réunis l'un à l'autre, dans le plan TT, par une traverse 18. La région centrale de la face supérieure de la traverse est conformée en crapaudine cylindrique 19 pour l'articulation de la traverse 18 avec la caisse (non représentée) du wagon. Comme le montre la figure 4, la crapaudine 19 est destinée à recevoir un pivot cylindrique complémentaire 21 fixé sur la face inférieure de la caisse du wagon et relié axialement à la traverse, avec possibilité de rotation autour de l'axe vertical central du bogie, au moyen d'un boulon de retenue 22. Le pivot 21 s'appuie sur le fond de la crapaudine 19 par l'intermédiaire d'un patin de glissement 23. L'emploi d'un pivot cylindrique est rendu possible car avec le bogie selon l'invention, il suffit que la traverse 18 puisse pivoter autour d'un seul axe par rapport à la caisse du wagon. Il est donc inutile d'avoir recours à une articulation plus complexe et plus encombrante du type sphérique.

Comme le montre la figure 3, la traverse 18 porte encore sur sa face supérieure, au voisinage de la face intérieure de chaque longeron, deux appuis latéraux 37 pour la caisse du wagon. Ces appuis latéraux sont compressibles élastiquement et comportent sur leur face supérieure une garniture de friction 38 destinée à être en appui frottant 58

contre la face inférieure de la caisse du wagon pour soutenir la caisse du wagon à distance de la crapaudine 19 et par conséquent supprimer la majeure partie des charges de basculement auxquelles la crapaudine pourrait être soumise, et en même temps amortir par friction les éventuels mouvements de lacets du bogie par rapport à la caisse du wagon.

Chaque extrémité de la traverse 18 est engagée dans une fenêtre 24 de l'un des longerons 1. Une articulation élastique est réalisée entre la traverse 18 et le longeron 1 dans cette ouverture. Cette liaison assure un prépositionnement de chaque longeron 1 par rapport à la traverse 18.

Pour cela, chaque longeron 1 porte sur sa face intérieure, c'est-à-dire tournée vers l'autre longeron 1, deux garnitures de friction 26 situées de part et d'autre de la fenêtre 24, qui définissent deux faces de référence latérales du longeron coplanaires et parallèles au plan PP. De plus, la traverse 18 porte au voisinage de chacune de ses extrémités et sur chacune de ses faces latérales une console 27 sur laquelle est fixée, en regard de l'une respective des garnitures 26, une garniture de friction 28. Les garnitures de friction 28 définissent sur la traverse 18 deux faces de référence qui sont conjuguées de celles définies par les garnitures 26 sur le longeron 1, et qui sont coplanaires et perpendiculaires à la direction longitudinale L de la traverse 18.

Ainsi, lorsque les garnitures 26 et 28 sont en appui mutuel, le longeron 1 correspondant est dans une configuration orthogonale par rapport à la traverse 18. De plus, si les deux longerons 1 sont dans cette configuration par rapport à la traverse 18, aucun des deux longerons 1 n'est en avance sur l'autre par rapport à la direction d'avancement du bogie le long des rails, à condition que la répartition des jeux X et X' (figures 1 et 2) qui sont réservés de part et d'autre de la traverse dans la fenêtre 24 selon la direction longitudinale M, soit la même aux deux extrémités de la traverse. On remarquera que chaque longeron 1 peut pivoter dans un mouvement de balancier autour d'un axe parallèle à la direction longitudinale L de la traverse 18 sans que cela n'entraîne de décollement entre les garnitures de friction 26 et 28. Un tel mouvement nécessite simplement glissement avec frottement entre ces garnitures, ce qui joue un rôle bénéfique d'amortissement.

Un tel mouvement de balancier est permis par les jeux X et X' initialement prévus entre la traverse et les parois avant et arrière de la fenêtre 24. Ce jeu prend alors une forme en coin de part et d'autre de la traverse, comme le montre la figure 5.

En outre, chaque extrémité de la traverse 18 s'appuie par sa base contre la base de la fenêtre 24, par l'intermédiaire de deux blocs élastiques 32 comprenant chacun une masse de caoutchouc ou autre élastomère 33 interposée entre deux plaques d'extrémité 34 et 36.

Plus particulièrement, la base de la fenêtre comprend deux faces 31 en forme de dièdre concave symétrique par rapport au plan transversal TT, et la base de l'extrémité de traverse a une forme en dièdre convexe complémentaire dont les deux faces 29 sont, lorsque le bogie est au repos, sensiblement parallèles aux faces 31 de la traverse. Les deux blocs élastiques 32 sont montés chacun entre l'une des faces 31 de la fenêtre 24 et la face 29 parallèle de la traverse. Chaque bloc élastique 32 est relativement peu compressible, mais très souple en déformation de cisaillement de façon que le bloc 32 transmette peu d'efforts parallèles à ses faces d'appui. Ainsi les forces pressantes exercées par le bloc 32 sur chacune de ces faces sont sensiblement perpendiculaires à celles-ci. Chaque face 31 et chaque face 29 est inclinée d'un angle A (figure 3) par rapport à la direction longitudinale L de la traverse 18. L'angle A, d'environ 30°, est orienté de façon que la force pressante F du bloc élastique 32 (figure 3) sur la face correspondante 31 de la fenêtre 24, ait une composante horizontale F_HT parallèle à la direction L qui pousse le longeron 1 vers le plan 8 longitudinal médian PP et par conséquent tend à appuyer le longeron par ses deux garnitures de friction 26 contre les deux garnitures de friction 28 solidaires de la traverse 18. La face 31 est donc dirigée obliquement vers le haut et vers le plan PP.

On notera que le bloc élastique 32 exerce sur la face 29 de la traverse 18 une force ayant une composante dirigée horizontalement vers l'extérieur du bogie, mais cette force est équilibrée par une force égale et opposée exercée par les blocs élastiques sur lesquels s'appuie l'autre extrémité de la traverse 18.

Ainsi, la composante horizontale transversale F_HT produite par chaque bloc élastique 32 sur le longeron 1 associé tend en permanence à réaliser entre les garnitures 26 et 28 l'appui grâce auquel le longeron 1 conserve sa configuration préférentielle par rapport à la traverse 18.

En outre, comme le montre la figure 1, les deux faces 31 et les deux faces 29 forment un angle B d'environ 30° avec la direction longitudinale M du longeron 1. Compte tenu de la symétrie par rapport au plan TT, cette inclinaison a pour conséquence que la force pressante F exercée par chaque bloc élastique 32 sur la face 31 correspondante de la fenêtre 24 a une composante horizontale FJJL parallèle à la direction longitudinale M du longeron 1. Lorsque les jeux X et X' sont égaux, les deux composantes FJJL sont égales et opposées : c'est la position de stabilité. Si les jeux X et X* ne sont pas égaux, l'un des blocs élastiques 32 est plus comprimé que l'autre et il en résulte entre les deux composantes^" FJ-JL une inégalité et leur résultante est non nulle et tend à déplacer le longeron par rapport à la traverse dans le sens du rétablissement de l'égalité entre les jeux X et X'.

Comme les faces 29 et 31 entre lesquelles sont interposés les blocs élastiques 32 sont sensiblement parallèles l'une à l'autre, les blocs élastiques 32 n'ont a priori aucune forte tendance à glisser parallèlement à ces faces sous l'effet de la charge : un tel glissement ne produirait aucun travail de détente des blocs 32. Cependant, pour effectuer un prépositionnement des blocs et éviter les mouvements parasites, on a prévu pour chaque bloc 32 (figure 3) un épaulement d'arrêt 39 au voisinage de l'extrémité supérieure de la face 29 et un épaulement d'arrêt 41 au voisinage de l'extrémité inférieure de chaque face 31.

Dans l'exemple représenté, l'angle A (figure 3) est choisi égal à 25° et l'angle B (figure 1) est choisi égal à 30°. Le caoutchouc des blocs 32 peut avoir une dureté

Shore égale à 50.

Les dimensions (longueur et largeur) des blocs de caoutchouc 32 sont choisies suffisantes pour que les blocs ne subissent pas une pression excessive de la part de la ' traverse et des longerons.

En service, sous l'action de la charge du wagon transmise à la crapaudine 19 de la traverse centrale 18 par le pivot 21, la traverse s'appuie sur les longerons 1 par l'intermédiaire des blocs élastiques 32. Ces derniers, sollicités en compression-cisaillement, autorisent entre la traverse et chaque longeron, un glissement relatif et produisent sur les longerons, par rapport à la traverse, une force dont la composante F_HT (figure 4) applique les faces de référence des deux longerons, définies par les garnitures 26, contre les faces de référence correspondantes, définies par les garnitures 28, de la traverse 18. Sous les poussées latérales transmises au longeron par les essieux, le longeron tend en circulation à avoir des mouvements parasites qui correspondraient à un décollement de l'un des couples de garnitures 26, 28, l'autre couple de garnitures 26, 28, situé de l'autre côté de la traverse jouant le rôle de charnière. Mais cette tendance à un mouvement parasite est combattue par les blocs élastiques chargés par la traverse 18, et plus particulièrement par la composante F_HT de leur force de compression F. Cette force est proportionnelle à la charge supportée par la traverse 5, de sorte que la stabilité croît avec la charge supportée par le bogie, comme cela est souhaitable, étant donné que les efforts parasites sont eux-mêmes proportionnels à la charge.

Par contre, comme le montre la figure 5, les blocs élastiques 32 n'opposent qu'un faible couple de rappel à 1'encontre des mouvements de pivotement de chaque longeron 1 autour d'un axe parallèle à la direction longitudinale de la traverse. Lors d'un tel mouvement, on constate en général que l'un des blocs élastiques 32 subit une surcharge, mais que l'autre aide au contraire au mouvement car ce mouvement correspond pour lui à une détente. Dans ces conditions, le bogie selon l'invention permet aux deux longerons de prendre des orientations différentes autour d'un axe parallèle à la direction longitudinale de la traverse, ce qui permet de répartir la charge sur les quatre roues 6 du bogie même lorsque la voie ferrée est très déformée. Tout cela est possible sans que la traverse 18 doive s'incliner par rapport à la caisse du wagon. C'est pourquoi l'invention permet l'utilisation d'une crapaudine cylindrique plate, comme exposé plus haut. Lors des tamponnements violents entre wagons, l'un des jeux X ou X* peut momentanément s'annuler et une face latérale de la traverse peut venir en contact avec la face latérale de la fenêtre 24 située en regard. Ceci est sans inconvénient, ces deux faces étant dimensionnées de manière suffisamment large pour subir un tel choc sans endom agement.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté. La traverse pourrait présenter à la place des surfaces 29 une seule surface en forme de secteur de cylindre dont les génératrices seraient parallèles à l'arête séparant les surfaces 29. Cette surface cylindrique s'appuierait directement, par deux de ses génératrices, sur les surfaces 31 du longeron.

On peut encore réaliser la liaison entre la traverse et chaque longeron par une bielle de traction ou une paire de bielles de traction s'étendant vers le haut et vers l'extérieur du bogie depuis la traverse jusqu'au longeron. Cette bielle ou ces bielles transmettrai(en)t un effort oblique dont la composante horizontale plaquerait le longeron contre les garnitures d'appui 28 de la traverse.

Claims

REVENDICATIONS 1. Bogie ferroviaire comprenant deux longerons (1) entre lesquels s'étendent au moins deux essieux (3) et, entre ceux-ci, une traverse (18) dont chaque extrémité est réunie à l'un respectif des longerons (1) par une liaison articulée sans coin qui transmet au longeron (1) une partie du poids du véhicule supporté par la traverse (18) tout en permettant au longeron (1) des débattements dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale de la traverse, tandis qu'une face de référence latérale (26) appartenant au longeron (1) est en contact de friction avec une face de référence conjuguée (28) appartenant à la traverse (18) , ces faces de référence latérale et conjuguée étant transversales à la direction longitudinale (L) de la traverse, caractérisé en ce que la liaison articulée est agencée pour que la traverse (18) transmette au longeron (1), sous l'action de ladite partie du poids du véhicule, une force (F) ayant une composante horizontale (F_HT) appliquant l'une contre l'autre la face de référence latérale (26) et la face de référence conjuguée (28) .

2. Bogie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque extrémité de la traverse il y a une face de référence latérale (26) et une face de référence conjuguée (28) de part et d'autre de la traverse (18).

3. Bogie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les faces de référence latérales (26) des deux longerons (1) sont tournées chacune vers l'autre longeron.

4. Bogie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la liaison articulée est agencée pour que la force (F) soit transmise de la traverse sur chaque longeron par l'intermédiaire d'un appui selon au moins une face d'appui (29, 31) qui présente une inclinaison (A) par rapport à la direction longitudinale (L) de la traverse.

5. Bogie selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit appui est réalisé avec interposition d'un bloc élastique (32) .

6. Bogie selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bloc élastique est deformable en cisaillement.

7. Bogie selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il y a deux blocs élastiques (32) à chaque extrémité de la traverse (18), montés l'un à la suite de l'autre par rapport à la direction longitudinale (M) du longeron et associés chacun à une surface d'appui inclinée (29, 31), les deux surfaces d'appui présentant la même inclinaison (A) par rapport à la direction longitudinale (L) de la traverse et des inclinaisons contraires (B) par rapport à la direction longitudinale (M) du longeron (1) .

8. Bogie selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les deux surfaces d'appui (29, 31) de chaque bloc élastique (32) sont sensiblement parallèles.

9. Bogie selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque extrémité de traverse (18) est engagée avec jeu (X, X') entre deux faces opposées sensiblement verticales appartenant au longeron (1) .

10. Bogie selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque longeron (1) s'appuie à l'extrémité de chacun des essieux (3) par l'intermédiaire d'une suspension élastique (12) .

11. Bogie selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la traverse (18) présente en son milieu un dispositif de liaison pivotante avec la caisse d'un wagon, caractérisé en ce que la liaison pivotante est de type cylindrique (19) .