EP0810137A1 - Essieu motorisé à roues indépendantes en rotation - Google Patents

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EP0810137A1
EP0810137A1 EP97401079A EP97401079A EP0810137A1 EP 0810137 A1 EP0810137 A1 EP 0810137A1 EP 97401079 A EP97401079 A EP 97401079A EP 97401079 A EP97401079 A EP 97401079A EP 0810137 A1 EP0810137 A1 EP 0810137A1
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axle
wheel
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motor
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Alain Rodet
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Alstom Transport SA
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GEC Alsthom Transport SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/16—Types of bogies with a separate axle for each wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B61C9/44—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with hollow transmission shaft concentric with wheel axis

Definitions

  • the present invention relates to an axle or a pair of motorized axles, in particular for a railway vehicle, connected to the body or to the intercirculation of this vehicle either by a load cross member or directly by the suspensions, and the wheels of which are independent in rotation. .
  • the first solution calls for the use of a reduction bevel with a bevel torque taken from the technology applied to heavy goods vehicles.
  • This solution has the advantage of grouping in a single member (bridge beam) the transmission members (reducer) with the bearing structure of the axle, thus allowing the elimination of the traditional rotating axle.
  • the engine is then supported by a frame, equivalent to a bogie chassis, and isolated from the stresses coming from the track by interposing between the bridge beam and this frame a suspension stage equivalent to a primary suspension. This overhang affects the compactness and overall balance of the axle.
  • the second solution uses, for each wheel, a motor and a reduction gear. This solution has the advantage, in placing each geared motor assembly on either side of the axle axis, eliminating the overhang of the single motor of the previous configuration and therefore providing a balanced assembly.
  • This solution does not therefore allow the traditional axle to be omitted and, taking into account the space taken up by the motors and reduction gears placed between the wheels, it requires positioning the suspensions outside of them and then imposes a braking system. with shoes or quick discs on drive shafts.
  • the motorized axle with independent rotating wheels is characterized in that all of the members which ensure the transmission of movement between the motor (s) and the wheels are gathered in a carrying beam, called a reduction bridge, which assures simultaneously the load support, axle drive and engine torque transmission functions, in that the motor (s) have their axes parallel to the axis of the axle and in that significant modularity exists between the versions with single engine (single engine) and with one engine per wheel (twin engine).
  • An advantage of the axle according to the invention is that the modular architecture makes it possible to obtain the independence in rotation of the wheels either with a single electric motor and mechanical differential, or with an electric motor per wheel.
  • Figures 1 and 2 schematically represent a single-engine motorized axle of the prior art.
  • the motor Mo fixed to the chassis Cs, drives the bevel torque of the central differential reducer Rc of the reduction bridge Pr via a coupling Ac which accepts the travel due to the primary suspension Sp.
  • Each output of the central differential reducer Rc transmits the torque respectively to the lateral reducers Rl 1 and Rl 2 via the wheel shafts Ar 1 and Ar 2 .
  • FIG. 3 schematically represents a twin-engine motorized axle of the state of the art.
  • Each motor Mo fixed to the chassis Cs, drives the lateral reducer Rl which is associated with it via a coupling Ac which accepts the deflections due to the primary suspension Sp.
  • Each lateral reducer Rl semi-suspended from the chassis Cs, drives the wheel Ro associated therewith.
  • FIGS 4 to 8 schematically represent the single-engine or twin-engine powered axles according to the invention.
  • FIG. 9 is a front view of the single-engine powered axle according to the invention and FIGS. 10 and 11 are top views of this single-engine powered axle, with an unsprung flanged motor and with a suspended floating motor, respectively.
  • FIG. 12 is a front view of the twin-engine motorized axle according to the invention and FIGS. 13 and 14 are top views of this twin-engine motorized axle, with flanged unsprung motors and floating suspended motors, respectively.
  • the body Cv of the vehicle rests by means of a ball crown Cr on the cross-member of charge Tc.
  • This is supported, by means of the suspension Su placed between the wheels vertically from the axle axis, on the lateral casings Pr 1 and Pr 2 of the beam of the reduction bridge made in three parts.
  • these lateral casings Pr 1 and Pr 2 are fretted 2 trumpets Tr 1 and Tr 2 around which the wheels Ro 1 and Ro 2 rotate.
  • the braking discs Di 1 and Di 2 to which are associated the braking calipers Et 1 and Et 2 secured to the lateral casings Pr 1 and Pr 2 of the beam.
  • the wheels Ro 1 and Ro 2 are also associated with the lateral reducers Rl 1 and Rl 2 driven by the wheel shafts Ar 1 and Ar 2 .

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Abstract

La présente invention porte sur un essieu, ou un couple d'essieux formant bogie, motorisé à roues indépendantes en rotation, relié à une caisse ou une intercirculation d'un véhicule soit par une traverse de charge, soit directement par les suspensions, et dont les roues sont indépendantes en rotation, l'essieu étant caractérisé en ce que l'ensemble des organes qui assurent la transmission du mouvement entre le ou les moteurs et les roues se trouve rassemblé dans une poutre porteuse, appelée pont réducteur, qui assure simultanément les fonctions de support de la charge, d'entraînement de l'essieu et de transmission du couple moteur, en ce que le ou les moteurs ont leurs axes parallèles à l'axe de l'essieu et en ce qu'une modularité importante existe entre les versions à moteur unique et à un moteur par roue. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un essieu ou un couple d'essieux motorisés notamment pour véhicule ferroviaire, relié à la caisse ou à l'intercirculation de ce véhicule soit par une traverse de charge soit directement par les suspensions, et dont les roues sont indépendantes en rotation.
  • L'indépendance des roues en rotation est obtenue dans les essieux connus:
    • soit, avec un seul moteur électrique (essieu dit monomoteur), grâce à l'utilisation d'un différentiel mécanique, et d'un couple conique montés dans un pont réducteur,
    • soit, avec un moteur électrique par roue (essieu dit bimoteur).
  • La première solution fait appel à l'utilisation d'un pont réducteur à couple conique repris de la technologie appliquée sur les poids-lourds. Cette solution présente l'avantage de regrouper dans un seul organe (poutre du pont) les organes de transmission (réducteur) avec la structure portante de l'essieu, permettant ainsi la suppression du traditionnel essieu tournant.
  • Une telle solution possède l'inconvénient majeur, du fait du couple conique, d'implanter le moteur perpendiculairement à l'axe de l'essieu avec un important porte à faux.
  • Le moteur est alors soutenu par un cadre, équivalent à un châssis de bogie, et isolé des sollicitations en provenance de la voie en intercalant entre la poutre du pont et ce cadre un étage de suspension équivalent à une suspension primaire. Ce porte à faux nuit à la compacité et à l'équilibre général de l'essieu.
  • La deuxième solution fait appel, pour chaque roue, à un moteur et un réducteur. Cette solution a l'avantage, en plaçant chaque ensemble moto-réducteur de part et d'autre de l'axe essieu, de supprimer le porte à faux de l'unique moteur de la configuration précédente et donc de procurer un ensemble équilibré.
  • En revanche cette solution ne permet plus d'intégrer dans un seul organe (poutre du pont) les organes de transmission (réducteur) avec la structure portante de l'essieu.
  • Cette solution ne permet alors pas de supprimer le traditionnel essieu et nécessite, compte tenu de l'espace pris par les moteurs et réducteurs placés entre les roues, de positionner les suspensions à l'extérieur de celles-ci et impose alors un sytème de freinage à sabots ou à disques rapides sur arbres moteurs.
  • Ainsi, avec les solutions connues, le choix d'une motorisation d'essieu de type monomoteur ou bimoteur conduit à opter entre deux architectures notablement différentes sans que celle choisie puisse bénéficier des avantages cumulés des deux types.
  • La présente invention a pour but d'obtenir un essieu motorisé à roues indépendantes en rotation dont la conception permet, avec une même architecture modulaire, d'opter indifféremment pour une transmission de type monomoteur ou de type bimoteur et d'offir ainsi les deux avantages principaux propres à ces deux versions, à savoir:
    • l'utilisation d'un pont réducteur permettant de supprimer le traditionnel essieu,
    • une architecture compacte et équilibrée autour de l'axe essieu.
  • L'essieu motorisé à roues indépendantes en rotation selon l'invention est caractérisé en ce que l'ensemble des organes qui assurent la transmission du mouvement entre le ou les moteurs et les roues se trouve rassemblé dans une poutre porteuse, appelée pont réducteur, qui assure simultanément les fonctions de support de la charge, d'entraînement de l'essieu et de transmission du couple moteur, en ce que le ou les moteurs ont leurs axes parallèles à l'axe de l'essieu et en ce qu'une modularité importante existe entre les versions à moteur unique (monomoteur) et à un moteur par roue (bimoteur).
  • L'essieu motorisé à roues indépendantes en rotation de l'invention satisfait également à l'une au moins des caractéristiques suivantes:
    • le ou les moteurs sont flasqués sur la poutre du pont ou flottants par rapport à la poutre,
    • la transmission du mouvement entre moteur et roue se fait au travers de deux réducteurs séparés,
    • la liaison entre moteur et premier réducteur se fait:
      • . au travers d'une liaison sans débattement dans le cas d'un moteur flasqué,
      • . au travers d'un accouplement avec débattements dans le cas d'un moteur flottant,
    • la liaison mécanique entre les deux réducteurs est assurée pour chaque roue par un arbre, dit arbre de roue, dont l'axe est confondu avec celui de la roue,
    • la liaison entre arbre de roue et roue se fait pour chaque roue au moyen du deuxième réducteur à train épicycloïdal plan ou conique,
    • l'axe de l'essieu, non tournant, et le châssis d'essieu sont réalisés par la poutre du pont réducteur sur laquelle repose la suspension,
    • la suspension de l'essieu ne se fait que par un seul étage au moyen de deux coussins pneumatiques ou ressorts métalliques ou ressorts caoutchouc-métal,
    • la suspension de l'essieu peut accepter les débatements angulaires entre caisse ou intercirculation du véhicule permettant ainsi de se dispenser de la traverse de charge et de la couronne à billes,
    • le freinage est assuré par des disques sur essieu ou sur arbre moteur,
    • les organes de suspension et de freinage sont disposés entre les roues rendant de ce fait la dépose des éventuels bandages de roues élastiques possible sans démontage d'autres organes,
    • les disques de frein peuvent être, dans le cas où ils sont sur essieu, en deux parties afin d'en faciliter la dépose,
    • l'entraînement, l'anti-galop et l'orientation de l'essieu par rapport à la caisse ou l'intercirculation du véhicule sont assurés par un dispositif de bielles longitudinales,
    • l'anti-roulis par rapport à la caisse ou l'intercirculation du véhicule est assuré par une barre anti-roulis.
  • Un avantage de l'essieu selon l'invention est que l'architecture modulaire permet d'obtenir l'indépendance en rotation des roues soit avec un seul moteur électrique et différentiel mécanique, soit avec un moteur électrique par roue.
  • D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de modes de réalisation préférés des essieux motorisés, description faite en liaison avec les dessins dans lesquels:
    • les figures 1 et 2 représentent schématiquement un essieu motorisé monomoteur de l'état de la technique,
    • la figure 3 représente schématiquement un essieu motorisé bimoteur de l'état de la technique,
    • les figures 4 à 8 représentent schématiquement les essieux motorisés monomoteur ou bimoteur selon l'invention,
    • la figure 9 est une vue de face de l'essieu motorisé monomoteur selon l'invention,
    • les figures 10 et 11 sont des vues de dessus de l'essieu motorisé monomoteur de la figure 9, à moteur flasqué non suspendu et à moteur flottant suspendu, respectivement,
    • la figure 12 est une vue de face de l'essieu motorisé bimoteur selon l'invention,
    • les figures 13 et 14 sont des vues de dessus de l'essieu motorisé binomoteur de la figure 12, à moteurs flasqués non suspendus et à moteurs flottants suspendus, respectivement.
  • Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un essieu motorisé monomoteur de l'état de la technique.
  • Dans un tel essieu motorisé monomoteur connu, la caisse Cv du véhicule repose par l'intermédiaire d'une couronne à billes Cr sur la traverse de charge Tc. Celle-ci s'appuie, par l'intermédiaire de la suspension secondaire Ss placée entre les roues, sur le châssis Cs. Le châssis Cs est lui-même en appui, par l'intermédiaire de la suspension primaire Sp, sur la poutre du pont réducteur différentiel Pr formant essieu. Dans la poutre Pr sont frettées 2 trompettes Tr1 et Tr2 autour desquelles tournent les roues Ro1 et Ro2. Sur les roues Ro1 et Ro2 sont montés les disques de freinage Di1 et Di2 auxquels sont associés les étriers de freinage Et1 et Et2 solidaires du Châssis Cs.
  • Le moteur Mo, fixé au châssis Cs, entraîne le couple conique du réducteur central à différentiel Rc du pont réducteur Pr par l'intermédiaire d'un accouplement Ac qui accepte les débattements dûs à la suspension primaire Sp. Chaque sortie du réducteur central à différentiel Rc transmet le couple respectivement aux réducteurs latéraux Rl1 et Rl2 par l'intermédiaire des arbres de roue Ar1 et Ar2.
  • La figure 3 représente schématiquement un essieu motorisé bimoteur de l'état de la technique.
  • Dans un tel essieu motorisé bimoteur connu, la caisse Cv du véhicule repose par l'intermédiaire d'une couronne à billes Cr sur la traverse de charge Tc. Celle-ci s'appuie, par l'intermédiaire de la suspension secondaire Ss sur le châssis Cs. Le châssis Cs est lui-même en appui, par l'intermédiaire de la suspension primaire Sp, placée à l'extérieur des roues, sur les fausses boîtes Fb. Celles-ci sont solidaires de l'essieu Es fixe en rotation autour duquel tournent les roues Ro1 et Ro2. Sur les roues Ro1 et Ro2 s'appliquent les sabots de freinage Sb1 et Sb2 solidaires du châssis Cs.
  • Chaque moteur Mo, fixé au châssis Cs, entraîne le réducteur latéral Rl qui lui est associé par l'intermédiaire d'un accouplement Ac qui accepte les débattements dûs à la suspension primaire Sp. Chaque réducteur latéral Rl, semi-suspendu au châssis Cs, entraîne la roue Ro qui lui est associée.
  • Les figures 4 à 8 représentent schématiquement les essieux motorisés monomoteur ou bimoteur selon l'invention.
  • La figure 9 est une vue de face de l'essieu motorisé monomoteur selon l'invention et les figures 10 et 11 sont des vues de dessus de cet essieu motorisé monomoteur, à moteur flasqué non suspendu et à moteur flottant suspendu, respectivement.
  • La figure 12 est une vue de face de l'essieu motorisé bimoteur selon l'invention et les figures 13 et 14 sont des vues de dessus de cet essieu motorisé bimoteur, à moteurs flasqués non suspendus et à moteurs flottants suspendus, respectivement.
  • Dans les essieux motorisés monomoteur ou bimoteur selon l'invention, la caisse Cv du véhicule repose par l'intermédiaire d'une couronne à billes Cr sur la traverse de charge Tc. Celle-ci s'appuie, par l'intermédiaire de la suspension Su placée entre les roues à la verticale de l'axe essieu, sur les carters latéraux Pr1 et Pr2 de la poutre du pont réducteur réalisée en trois parties. Dans ces carters latéraux Pr1 et Pr2 sont frettées 2 trompettes Tr1 et Tr2 autour desquelles tournent les roues Ro1 et Ro2. Sur les roues Ro1 et Ro2 sont montés les disques de freinage Di1 et Di2 auxquels sont associés les étriers de freinage Et1 et Et2 solidaires des carters latéraux Pr1 et Pr2 de la poutre. Aux roues Ro1 et Ro2 sont également associés les réducteurs latéraux Rl1 et Rl2 entrainés par les arbres de roue Ar1 et Ar2.
  • L'ensemble des organes cités précédemment constitue la base de l'architecture de l'essieu motorisé, commune à la version monomoteur et à la version bimoteur. La partie centrale de la poutre du pont réducteur constitue la partie modulaire de l'essieu motorisé PMEM. Cette partie centrale est composée d'un carter Prc:
    • dans lequel viennent se monter, en version monomoteur, une mécanique centrale avec différentiel Mc en sorties de laquelle partent les deux arbres de roue Ar1 et Ar2 déjà cités,
    • dans lequel viennent se monter, en version bimoteur, deux réducteurs centraux indépendants Rc1 et Rc2 en sorties desquels partent les deux arbres de roue Ar1 et Ar2 déjà cités.
  • Le moteur Mo (version monomoteur) ou les moteurs Mo1 ou Mo2 (version bimoteur) sont:
    • soit flasqués au carter central Prc du pont réducteur (version à moteurs dits non suspendus) et reliés à la mécanique centrale à différentiel Mc (version monomoteur) ou les réducteurs centraux Rc1 et Rc2 (version bimoteur) respectivement par une liaison ou deux liaisons sans débattement,
    • soit reliés au carter central Prc du pont réducteur par une suspension élastique Se (version à moteurs dits flottants) et reliés à la mécanique centrale à différentiel Mc (version monomoteur) ou les réducteurs centraux Rc1 et Rc2 (version bimoteur) respectivement par un accouplement Ac ou deux accouplements Ac1 et Ac2 qui acceptent les débattements dûs à cette suspension élastique.

Claims (15)

  1. Essieu motorisé à roues indépendantes en rotation, relié à une caisse ou une intercirculation d'un véhicule soit par une traverse de charge, soit directement par les suspensions, et dont les roues sont indépendantes en rotation, l'essieu étant caractérisé en ce que l'ensemble des organes qui assurent la transmission du mouvement entre le ou les moteurs et les roues se trouve rassemblé dans une poutre porteuse, appelée pont réducteur, qui assure simultanément les fonctions de support de la charge, d'entraînement de l'essieu et de transmission du couple moteur, en ce que le ou les moteurs ont leurs axes parallèles à l'axe de l'essieu et en ce qu'une modularité importante existe entre les versions à moteur unique et à un moteur par roue.
  2. Essieu selon la revendication 1, dans lequel le ou les moteurs sont flasqués sur la poutre du pont ou flottants par rapport à la poutre.
  3. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la transmission du mouvement entre moteur et roue se fait au travers de deux réducteurs séparés.
  4. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la liaison entre moteur et premier réducteur se fait:
    . au travers d'une liaison sans débattement dans le cas d'un moteur flasqué, et
    . au travers d'un accouplement avec débattements dans le cas d'un moteur flottant.
  5. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la liaison mécanique entre les deux réducteurs est assurée pour chaque roue par un arbre, dit arbre de roue, dont l'axe est confondu avec celui de la roue.
  6. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la liaison entre arbre de roue et roue se fait pour chaque roue au moyen du deuxième réducteur à train épicycloïdal plan ou conique.
  7. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'axe de l'essieu, non tournant, et le châssis d'essieu sont réalisés par la poutre du pont réducteur sur laquelle repose la suspension.
  8. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la suspension de l'essieu ne se fait que par un seul étage au moyen de deux coussins pneumatiques ou ressorts métalliques ou ressorts caoutchouc-métal.
  9. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la suspension de l'essieu peut accepter les débatements angulaires entre caisse ou intercirculation du véhicule permettant ainsi de se dispenser de la traverse de charge et de la couronne à billes.
  10. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le freinage est assuré par des disques sur essieu ou sur arbre moteur.
  11. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les organes de suspension et de freinage sont disposés entre les roues rendant de ce fait la dépose des éventuels bandages de roues élastiques possible sans démontage d'autres organes.
  12. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les disques de frein peuvent être, dans le cas où ils sont sur essieu, en deux parties afin d'en faciliter la dépose.
  13. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel l'entraînement, l'anti-galop et l'orientation de l'essieu par rapport à la caisse ou l'intercirculation du véhicule sont assurés par un dispositif de bielles longitudinales.
  14. Essieu selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l'anti-roulis par rapport à la caisse ou l'intercirculation du véhicule est assuré par une barre anti-roulis.
  15. Bogie pour véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il est composé d'au moins un essieu selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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