EP0829413A2 - Bogie orientable - Google Patents
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- B61F5/52—Bogie frames
Definitions
- the present invention aims to create a bogie which allows to have a low integral floor and which is of a low manufacturing cost.
- the bogie must also provide high comfort for passengers and have a small wheelbase, great robustness, reliability and security.
- the bogie according to the invention is characterized in that the non-rotating axles, are U-shaped with a lower middle part and two lateral branches on which the wheels are rotatably mounted, by the fact that each lateral branch comprises at least one portion arranged so as to carry at least one primary suspension member, by the fact that the chassis comprises at least a lower middle part and higher lateral portions intended to bear on the primary suspension members so as to be suspended on the two axles, by the fact that the bogie comprises a dancer cross member having two higher lateral branches and a lower middle part, the two lateral branches each resting on a secondary suspension member arranged on each side of the chassis, the lower middle part of the dancer crosspiece carrying said pivoting device arranged so as to obtain a bogie swivel for vehicle with low central floor.
- the aforementioned characteristics make it possible to obtain a motorized vehicle with an integral low floor and a very reduced height on the ground.
- the construction of the bogie is simple and at a competitive cost price. Its center of gravity is very low, contributing to high security, reliability and solidity. Due to a dual primary and secondary suspension system, comfort for passengers is excellent. The weight of the unsprung masses is very low, resulting in increased robustness and comfort.
- the lower middle part of the chassis is constituted by at least two crosspieces separated by a central transverse space and by the fact that the lower middle part of the dancer crosspiece is arranged at least partially in this central transverse space.
- each of the primary suspension members is constituted by two elements with conical surfaces fitted one inside the other and between which is arranged at least one elastic annular part.
- the movement guidance between the chassis and the axles is improved, resulting in greater safety and robustness.
- the bogie may include lower connecting elements between each axle and the chassis constituted by four connecting rods connecting the lower middle part of each axle to the chassis and having an oblique orientation relative to the axles so as to form a rhombus therebetween.
- the lateral branches of each axle can be connected to the chassis by a rod with a longitudinal orientation.
- the two lateral branches of the dancer crosspiece are connected by two vertical dampers to the chassis, by the fact that the lower middle part of the dancer cross member is connected by at least one damper transverse to the chassis and by the fact that it comprises two stops arranged between the chassis and the dancer cross member and intended to limit the lateral play of the latter.
- the bogie comprises two longitudinal connecting rods connecting the lower lateral parts of the chassis to the dancer cross member.
- each axle comprises two portions extending each lateral branch towards the front and towards the rear of the bogie and serving as support for eight primary suspension members cooperating with longitudinal lateral branches of the chassis.
- the chassis is thus suspended in a precise and solid manner on the two axles, which allows a reliable and simple bogie construction.
- the bogie may advantageously comprise on each side of the chassis at least one motor connected by at least one reduction device to the wheels, the motors and the reduction devices being arranged laterally to the chassis and the reduction devices being connected by cardanic transmission members to the wheels, the motors having drive shafts oriented transversely to the planes of the wheels and driving pinions of the reducer whose planes are parallel to the planes of the wheels.
- This variant is particularly suitable for extreme training conditions.
- the bogie comprises on each side of the chassis a central motor connected to the two wheels by a reduction device with two outputs, the motor and the reduction device forming a compact unit suspended from the chassis.
- the rotating elements of a braking device are integral with one of the rotating elements of the reduction device or of the motor, while the stationary element of the braking device is fixed to the chassis or to the reduction device.
- the invention obviously also relates to a rail vehicle comprising at least one steerable bogie such as defined above.
- Figures 1A and 1B are schematic views of a first embodiment in exploded perspective, respectively assembled.
- Figures 2,3 and 4 are plan, front and side views of this first embodiment.
- FIG. 5 illustrates a detail in section of the first embodiment.
- Figures 6A and 6B are schematic views of a second embodiment in exploded perspective, respectively assembled.
- Figures 7,8 and 9 are plan, front and side views of the second embodiment.
- Figure 10 illustrates some of the details in Figure 7.
- FIG. 11 represents a rail vehicle with an integral low floor fitted with bogies according to the invention.
- the first embodiment of an orientable bogie 10 for metric track comprises a chassis 12, two non-rotating axles 14 each carrying two wheels 16 and a cross beam 18 intended to be connected to the vehicle body on rail.
- the non-rotating axles 14 are U-shaped with a lower central part 20 and two rising lateral branches 21 on which are rotatably mounted the wheels 16.
- Each lateral branch 21 comprises a portion 22, in the form of a plate, intended to carry a primary suspension member 23 by means of which the chassis 12 is suspended on the two axles 14.
- the latter have a mechanically welded or cast structure, the parts forming the hubs being forged.
- the wheels 16 are for example of the elastic type with a new diameter of 560mm.
- the chassis 12 with a mechanically welded steel structure also has a lower middle part 26 constituted by two crosspieces 27 having the general U-shape. These two crosspieces 27 are separated by a central space 28 in which the dancer crosspiece 18 is arranged.
- two crosspieces 27 comprise on each side rising lateral branches 34 made integral with one another on each side by a side member or a central lateral block 30. The latter is integral with two branches 31,32 rising obliquely forward and towards the rear and having a plate 33 intended to cooperate with the primary suspension members 23.
- the dancer cross member 18 with a mechanically welded steel structure also has a general U shape with a low central part 36 connected to two lateral branches 37 each comprising a portion 38 intended to cooperate with secondary suspension members 40 arranged between the central blocks side 30 of the chassis 12 and the dancer cross member 18 which is thus suspended on the chassis 12. It is noted that the dancer cross member 18 integrates almost entirely into the central space 28 of the chassis 12 between the two cross members 27.
- the bogie 13 has an empty central volume in which the middle part of the vehicle body can be housed to obtain a steerable bogie for vehicles with an integral low floor.
- the bogie 10 illustrated in FIGS. 1 to 4 is particularly intended for metric track vehicles, for example trams, but it could be adapted to all other applications.
- the engine groups are composed of a motor 42 and a reduction gear 43 per wheel fixed to the chassis 12 of the bogie, therefore suspended thanks to the primary suspension 23.
- a cardanic transmission member 44 connects the reduction gear 43 to the wheel 16.
- each motor 42 has a drive shaft 52 (FIG. 2) arranged transversely to the plane of the wheels 16. This shaft 52 rotates the pinions 53 of the reduction gear 43.
- the cardanic transmission member 44 is advantageously made up by two elastic couplings connected to each other by a hollow shaft, one placed at the outlet of the reducer and the other fixed to the wheel making it possible to create a cardanic connection between the reducer and the wheel.
- Each axle 22 is provided with two disc brakes 46 with spring brake cylinders 47 or accumulator calipers mounted on the chassis 12 and with brake discs 48 fixed directly to the wheels 16. It is understood that the brake discs could be integral with a rotating element of the reduction gear 43 or of the motor 42.
- the bogie further comprises, arranged on each side between the wheels 16, an emergency braking group 49 with a electromagnetic shoe 50 capable of cooperating with the rail 51 (fig. 4).
- Connecting elements 55 are arranged between each axle 14 and the chassis. These elements include the four primary suspension members 23, four oblique connecting rods 56 (fig. 2) occupying a low position in the bogie and four longitudinal connecting rods 57 connecting the upper parts of the lateral branches 21 of each axle 12 to the upper part of the chassis .
- the connecting elements 60 between the chassis and the dancer cross member 18 are constituted by the two secondary suspension members 40, two connecting rods for lower longitudinal forces 61 (fig. 2 and 4), two lateral vertical dampers 62 arranged between the two lateral branches 37 of the dancer crosspiece 18 and the frame 12, two substantially horizontal central shock absorbers 63 (fig. 2) occupying a low position of the dancer crosspiece 18, and two stops 64 arranged on the frame 12 opposite the dancer crosspiece 18 and limiting the lateral movements between the dancer crosspiece 18 and the chassis 12.
- the secondary suspension members 40 are composed of double internal and external springs with elastic bases. They allow the vertical and horizontal movement of the body.
- the "flexico ⁇ l" effect of the springs associated with an appropriate design of the elastic bases makes it possible to optimize the stiffness of the lateral suspension and thus to offer good comfort.
- These box springs reduce the transmission of rolling noise to the body. Together with the vertical and horizontal shock absorbers 62,63, they provide excellent comfort.
- the two lower longitudinal connecting rods 61 are arranged between the lower lateral parts of the chassis 12 and the dancer cross member 18 and make it possible to transmit the traction and braking forces without raising the bogie 10.
- a crown of balls 66 is fixed on the lower middle part of the dancer cross member 18 and provides the connection between the bogie and the vehicle body while allowing the rotation of the bogie relative to the body and the transmission of longitudinal forces.
- FIG. 5 shows in particular a section through a primary suspension member 23 comprising a conical male part 68 and a female part 69 fitting one inside the other between which two elastic conical annular parts 70 are arranged.
- a suspension with integrated guidance ensuring a particularly precise connection between the axle 14 and the chassis 12, both in curves and in alignment.
- Vertical flexibility was chosen so as to adapt to localized track faults, particularly in the sockets important left.
- This suspension of the bogie allows the equalization of the vertical loads of the vehicle in all circumstances. Its characteristics make it possible to guarantee a good grip of the bogie and to ensure safety at derailment. It is understood that it is also possible to use a primary suspension member of any other construction.
- the bogie 10 described above can also be provided without motorization or for any spacing, metric or normal, as well as for box widths ranging from 2200 to 2650 mm.
- a maximum angle of rotation of the bogie is advantageously fixed at 15 ° so as not to encroach too much inside the body.
- This concept applied to the tram, keeps a bogie wheelbase of 1000 mm while having new wheels of 560 mm in diameter. This will limit the effects of jamming in small radius curves and reduce the angle of attack between wheel and rail.
- FIGS. 6 to 9 illustrate a second embodiment of an orientable bogie 110 for normal track, with a chassis 112, two non-rotating axles 114 each carrying two wheels 116 and a cross beam 118.
- the non-rotating axles 114 are U-shaped with a lower middle part 120, and two rising lateral branches 121 on which the wheels 116 are mounted.
- Each lateral branch 121 has a projecting portion forward and backward forming a plate 122 intended to carry a primary suspension member 123 which is favorably of the integrated guide type, as shown in FIG. 5.
- the chassis 112 is therefore suspended on the two axles 114 thanks to eight primary suspension members 123.
- the frame 112 also has a lower middle portion 126 formed by two cross members 127 having the general U-shape. These two cross members 127 are separated by a central space 128 in which the dancer cross member 118 is arranged.
- the two cross members 127 have on each side rising side branches 134 made integral with one another by a spar or a central block lateral 130.
- Horizontal branches 131 extend the chassis 112 on each side towards the front and the rear and are arranged opposite the plates 122 to cooperate with the primary suspension members 123. This thus provides perfect seating of the chassis 112 on the two axles 114.
- the central blocks 130, the lateral branches 131 may advantageously be constituted by lateral longitudinal members assembled to the crosspieces 127.
- the dancer cross member 118 also has a general U shape with a lower middle portion 136 carrying the crown 166 and connected to two lateral branches 137 each comprising a portion 138 intended to cooperate with the secondary suspension members 140 of the double spring type arranged on the lateral central blocks 130.
- the dancer cross member 118 is thus disposed in the central space 128.
- the structure of the bogie 110 is therefore empty over the entire median length in which the body of the vehicle can be accommodated in order to obtain an integral low floor of the vehicle .
- the bogie 110 has a motor 142 on each side fixed to the chassis 112 and connected to the wheels by reducers 143 and transmission shafts 144.
- the calipers 147 of the disc brakes 146 are mounted on the chassis. While the discs 148 are integral in rotation with the last pinion of the reducers 143. An exact alignment is thus obtained between calipers and brakes, therefore increased braking efficiency.
- An emergency braking group 149 with an electromagnetic shoe 150 is mounted on the chassis on each side between the wheels 116.
- Connecting elements 155 arranged between each axle 114 and the chassis 112 include the eight primary suspension members 123, and four stops 157 arranged between the axles 114 and the chassis 112 and intended to avoid axle-chassis separation. Due to the use of eight suspension members with integrated guide, the mounting of one or two series of connecting rods is no longer necessary.
- the connecting elements 160 between the frame 112 and the dancer cross member 118 are constituted by the two secondary suspension members 140 with double spring, two low longitudinal force transmission rods 161 (fig. 7 and 9), two lateral vertical shock absorbers 162, a substantially horizontal central damper 163 and two stops 164 limiting the lateral movements of the dancer cross member 118 relative to the chassis 112.
- the connecting elements 160 are therefore substantially identical to those of the first embodiment.
- the crown 166 fixed on the lower middle part 136 of the dancer cross member 118 allows the connection and the rotation between bogie and body.
- the traction-braking assembly illustrated in FIG. 10 can be used for any track, metric or normal, and forms on each side of the bogie a compact unit suspended from the chassis of the bogie by elastic elements.
- the motor 142 has a drive shaft 152 oriented transversely to the plane of the wheels 116. It drives and brakes the two wheels on the same side of the bogie and is placed in the center of the reduction gear 143 which has two outputs and the two gear trains 153 of which have pinions parallel to the planes of the wheels 162.
- Two transmission members 144 each comprising two elastic couplings connected together by a hollow shaft, one placed at the outlet of the reducer 143, the other fixed to the wheel 116, make it possible to create a cardanic connection between the reducer and the wheel.
- Each reducer 143 is equipped with a disc brake unit 146 which makes it possible to mechanically brake the two wheels on the same side of the bogie.
- the brake is a spring energy storage system and is controlled by a hydraulic unit, with several stages, common for the two braking units of a bogie.
- a mechanical brake keeps the vehicle fully loaded on the maximum slope and provides the parking brake.
- the bogie is equipped with two electromagnetic pads on the rail.
- the bogie is therefore equipped with two motors 142 placed transversely on the right side and the left side of the bogie.
- Each motor drives two wheels on the same side of the bogie by means of a reduction gear 143 and two cardanic transmissions 144.
- the bogie has a two-stage suspension structure and retains the essential principles of decoupling of movements between body and bogie.
- the bogie's rotational and yaw movements are decoupled from the body's yaw, roll and swing movements.
- the transmission of the longitudinal bogie body forces is carried out at the lowest level permitted by the lower gauge.
- the bogie's nose-up is minimized, thereby ensuring good grip of the tram.
- Wheels and bent axles are the only unsprung masses; this makes it possible to limit to a large extent the vibrations transmitted to the ground.
- a stiff front yaw damper will be installed. It will avoid raising the critical speed of the bogie in alignment and limit its yaw movements.
- the rail vehicle 70 shown in Figure 11 is equipped with bogies 10 and represents a possibility of application to a tram.
- the latter includes three boxes 71,72,73 and four bogies.
- Two back-to-back seats can be placed on the podiums above the wheels.
- the swiveling motor bogies have a reduced minimum wheelbase up to 1 m and allow an integral low floor of 350 mm with a corridor with a minimum width of 480 mm.
- each wheel can be driven by an independent motor and gearbox.
- the bogie has very few unsprung masses and optimal comfort thanks to the two types of primary and secondary suspension adapted to each other.
- the wheelbase of the axles can be increased.
- the embodiments described above are in no way limiting and that they can receive any desirable modifications within the framework as defined by claim 1.
- the primary suspension members and secondary may be of any other kind and of another number.
- Certain simplified bogies may be free of motorization, even of braking system.
- the engine, the braking devices and the connecting elements may be of another type.
- the bogie can be adapted to all types of rail vehicle and to all track dimensions.
- the bogies with metric gauge, respectively with normal gauge, could also include two, respectively four groups of motorization.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne un bogie orientable destiné à être articulé par un dispositif de pivotement à la structure d'un véhicule sur rail comprenant deux essieux reliés à un châssis et portant chacun deux roues.
- Les bogies orientables conventionnels occupent une place considérable sous le véhicule, surtout lorsqu'ils sont motorisés. Les véhicules à bogies orientables motorisés connus ne présentent donc pas de plancher à hauteur sur sol bas sur toute leur longueur. Pour obtenir des véhicules motorisés, dits à plancher bas intégral, on a proposé dans la demande EP 0.692.421 l'usage de dispositifs de roulement à deux roues orientables motorisées. L'orientation de chaque dispositif de roulement est obtenue à l'aide de vérins commandés par une unité de commande électronique. Ces dispositifs de roulement occupent peu d'espace sous les caisses des véhicules et permettent donc d'obtenir des véhicules à plancher bas intégral. Cependant, la mise en oeuvre du réglage de l'orientation des dispositifs de roulement est délicate et relativement onéreuse.
- La présente invention a pour but de créer un bogie qui permette d'avoir un plancher bas intégral et qui soit d un coût de fabrication peu élevé. Le bogie devra en outre assurer un confort élevé pour les passagers et présenter un faible empattement, une grande robustesse, fiabilité et sécurité.
- Pour obtenir ces buts, le bogie selon l'invention est caractérisé par le fait que les essieux, non tournants, sont en forme de U avec une partie médiane plus basse et deux branches latérales sur lesquelles sont montées de façon tournante les roues, par le fait que chaque branche latérale comporte au moins une portion agencée de façon à porter au moins un organe de suspension primaire, par le fait que le châssis comprend au moins une partie médiane basse et des portions latérales plus hautes destinées a prendre appui sur les organes de suspension primaires de façon à être suspendu sur les deux essieux, par le fait que le bogie comprend une traverse danseuse ayant deux branches latérales plus hautes et une partie médiane basse, les deux branches latérales reposant chacune sur un organe de suspension secondaires agencé sur chaque côté du châssis, la partie médiane basse de la traverse danseuse portant ledit dispositif de pivotement agencé de façon à obtenir un bogie orientable pour véhicule à plancher central bas.
- Les caractéristiques précitées permettent d'obtenir un véhicule motorisé à plancher bas intégral d'une hauteur sur sol très réduite. La construction du bogie est simple et d'un prix de revient compétitif. Son centre de gravité est très bas, contribuant à une grande sécurité, fiabilité et solidité. Du fait d'un double système de suspension primaire et secondaire le confort pour les passagers est excellent. Le poids des masses non suspendues est très faible, d'où une robustesse et un confort accrus. L'encombrement général et en particulier l'empattement du bogie peuvent être réduits à un minimum par ces caractéristiques.
- Avantageusement, la partie médiane basse du châssis est constituée par au moins deux traverses séparées par un espace transversal central et par le fait que la partie médiane basse de la traverse danseuse est agencée au moins partiellement dans cet espace transversal central.
- On obtient ainsi un emboîtement précis et très peu encombrant des différents éléments mécaniques et une sécurité de transport accrue.
- Selon une variante favorable, chacun des organes de suspension primaires est constitué par deux éléments à surfaces coniques emboîtés l'un dans l'autre et entre lesquels est agencée au moins une pièce annulaire élastique.
- Le guidage des mouvements entre le châssis et les essieux est amélioré d'où une plus grande sécurité et robustesse.
- Favorablement, le bogie peut comprendre des éléments de liaison inférieurs entre chaque essieu et le châssis constitués par quatre bielles reliant la partie médiane basse de chaque essieu au châssis et comportant une orientation oblique par rapport aux essieux de façon à former un losange entre elles.
- Ces caractéristiques assurent une excellente reprise des efforts latéraux entre châssis et essieux du bogie.
- De manière avantageuse, les branches latérales de chaque essieu peuvent être reliées au châssis par une bielle à orientation longitudinale.
- Les efforts de traction et de freinage sont ainsi précisément transmis entre châssis et essieux.
- Avantageusement, les deux branches latérales de la traverse danseuse sont reliées par deux amortisseurs verticaux au châssis, par le fait que la partie médiane basse de la traverse danseuse est reliée par au moins un amortisseur transversal au châssis et par le fait qu'il comprend deux butées agencées entre le châssis et la traverse danseuse et destinées à limiter le jeu latéral de cette dernière.
- Par ces caractéristiques, le comportement ferroviaire et le confort sont optimalisés.
- De façon favorable, le bogie comprend deux bielles longitudinales reliant les parties latérales basses du châssis à la traverse danseuse.
- On évite par ces caractéristiques le cabrage du bogie lors du freinage ou de l'accélération.
- Selon un mode d'exécution avantageux, chaque essieu comprend deux portions prolongeant chaque branche latérale vers l'avant et vers l'arrière du bogie et servant de support pour huit organes de suspensions primaires coopérant avec des branches latérales longitudinales du châssis.
- Le châssis est ainsi suspendu de manière précise et solide sur les deux essieux, ce qui permet une construction de bogie fiable et simple.
- Le bogie peut comprendre de manière avantageuse de chaque côté du châssis au moins un moteur relié par au moins un dispositif réducteur aux roues, les moteurs et les dispositifs réducteurs étant agencés latéralement au châssis et les dispositifs réducteurs étant reliés par des organes de transmission cardaniques aux roues, les moteurs possédant des arbres d'entraînement orientés transversalement par rapport aux plans des roues et entraînant des pignons du réducteur dont les plans sont parallèles aux plans des roues.
- Ces caractéristiques permettent d'obtenir un agencement optimal de la motorisation et un entraînement particulièrement efficace.
- Selon une variante, le bogie comprendra de chaque côté du châssis deux moteurs et deux réducteurs, les moteurs occupant une position centrale par rapport aux organes de transmission cardaniques.
- Cette variante est particulièrement adaptée à des conditions d'entraînement extrêmes.
- Selon un mode d'exécution préféré, le bogie comprend de chaque côté du châssis un moteur central relié aux deux roues par un dispositif réducteur à deux sorties, le moteur et le dispositif réducteur formant une unité compacte suspendue au châssis.
- On obtient ainsi une construction très favorable permettant des réparations rapides et une grande fiabilité de fonctionnement. La motorisation est peu encombrante et efficace, tout en éliminant l'effet "stick-slip" entre les roues d'un même essieu.
- Favorablement, les éléments tournants d'un dispositif de freinage sont solidaires d'un des éléments tournants du dispositif réducteur ou du moteur, tandis que l'élément stationnaire du dispositif de freinage est fixé au châssis ou au dispositif réducteur.
- Le freinage est ainsi rendu plus précis et plus efficace.
- L'invention concerne bien entendu également un véhicule sur rail comprenant au moins un bogie orientable tel que défini ci-dessus.
- D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détail à l'aide de dessins qui représentent schématiquement et à titre d'exemple deux modes d'exécution.
- Les figures 1A et 1B sont des vues schématiques d'un premier mode d'exécution en perspective éclatée, respectivement assemblée.
- Les figures 2,3 et 4 sont des vues en plan, frontale et latérale de ce premier mode d'exécution.
- La figure 5 illustre un détail en coupe du premier mode d'exécution.
- Les figures 6A et 6B sont des vues schématiques d'un second mode d'exécution en perspective éclatée, respectivement assemblée.
- Les figures 7,8 et 9 sont des vues en plan, frontale et latérale du second mode d'exécution.
- La figure 10 illustre certains détails de la figure 7.
- La figure 11 représente un véhicule ferroviaire à plancher bas intégral muni de bogies selon l'invention.
- En référence aux figures 1A et 1B, le premier mode d'exécution de bogie orientable 10 pour voie métrique comprend un châssis 12, deux essieux non tournants 14 portant chacun deux roues 16 et une traverse danseuse 18 destinée à être reliée à la caisse du véhicule sur rail.
- Les essieux 14 non tournants sont en forme de U avec une partie médiane basse 20 et deux branches latérales montantes 21 sur lesquelles sont montées de façon tournante les roues 16.
- Chaque branche latérale 21 comprend une portion 22, sous forme d'un plateau, destinée à porter un organe de suspension primaire 23 au moyen duquel le châssis 12 est suspendu sur les deux essieux 14. Ces derniers possèdent une structure mécano-soudée ou coulée, les parties formant les moyeux étant forgées. Les roues 16 sont par exemple du type élastique à diamètre neuf de 560mm.
- Le châssis 12 à structure mécano-soudée en acier présente également une partie médiane basse 26 constituée par deux traverses 27 ayant la forme générale en U. Ces deux traverses 27 sont séparées par un espace central 28 dans lequel est agencée la traverse danseuse 18. Les deux traverses 27 comportent de chaque côté des branches latérales montantes 34 rendues solidaires l'une de l'autre de chaque côté par un longeron ou un bloc central latéral 30. Ce dernier est solidaire de deux branches 31,32 montant obliquement vers l'avant et vers l'arrière et présentant un plateau 33 destiné à coopérer avec les organes de suspension primaire 23.
- La traverse danseuse 18 à structure mécano-soudée en acier possède également une forme générale en U avec une partie médiane basse 36 reliée à deux branches latérales 37 comportant chacune une portion 38 destinée à coopérer avec des organes de suspension secondaire 40 agencés entre les blocs centraux latéraux 30 du châssis 12 et la traverse danseuse 18 qui est ainsi suspendue sur le châssis 12. On remarque que la traverse danseuse 18 s'intègre pratiquement entièrement dans l'espace central 28 du châssis 12 entre les deux traverses 27. Ainsi, le bogie 13 possède un volume central vide dans lequel peut être logée la partie médiane de la caisse du véhicule pour obtenir un bogie orientable pour véhicules à plancher bas intégral. Le bogie 10 illustré aux figures 1 à 4 est particulièrement destiné à des véhicules à voie métrique, par exemple des tramways, mais il pourrait être adapté à toutes autres applications.
- Les groupes de motorisation sont composés d'un moteur 42 et d'un réducteur 43 par roue fixés au châssis 12 du bogie, donc suspendus grâce à la suspension primaire 23.
- Un organe de transmission cardanique 44 relie le réducteur 43 à la roue 16.
- Il est à noter que chaque moteur 42 possède un arbre d'entraînement 52 (figure 2) agencé transversalement au plan des roues 16. Cet arbre 52 entraîne en rotation les pignons 53 du réducteur 43. L'organe de transmission cardanique 44 est avantageusement constitué par deux accouplements élastiques reliés entre eux par un arbre creux, un placé à la sortie du réducteur et l'autre fixé à la roue permettant de créer une liaison cardanique entre réducteur et roue.
- Chaque essieu 22 est muni de deux freins à disques 46 avec cylindres de frein à ressort 47 ou étriers à accumulations montés sur le châssis 12 et avec disques de freins 48 fixés directement aux roues 16. Il est bien entendu que les disques de freins pourraient être solidaires d'un élément tournant du réducteur 43 ou du moteur 42.
- Le bogie comporte encore, agencé de chaque côté entre les roues 16, un groupe de freinage d'urgence 49 avec un sabot électromagnétique 50 susceptible de coopérer avec le rail 51 (fig. 4).
- Des éléments de liaison 55 sont agencés entre chaque essieu 14 et le châssis. Ces éléments comprennent les quatre organes de suspensions primaires 23, quatre bielles obliques 56 (fig. 2) occupant une position basse dans le bogie et quatre bielles longitudinale 57 reliant les parties supérieures des branches latérales 21 de chaque essieu 12 à la partie supérieure du châssis.
- Les bielles obliques 56 reliant la partie médiane basse de chaque essieu 14 au châssis 12 possèdent une orientation oblique par rapport aux essieux 14 de façon à former un losange entre elles. Elles permettent de reprendre les efforts latéraux entre le châssis 12 et les essieux 14. Les bielles longitudinales 57 servent à la transmission des efforts longitudinaux. Cette disposition de bielles permet de supprimer les bielles d'asservissement en général plus coûteuses. Le comportement latéral du bogie est bon et confère une sensation de confort aux passagers.
- Les éléments de liaison 60 entre le châssis et la traverse danseuse 18 sont constitués par les deux organes de suspension secondaire 40, deux bielles de transmission d'efforts longitudinales basses 61 (fig. 2 et 4), deux amortisseurs verticaux latéraux 62 agencés entre les deux branches latérales 37 de la traverse danseuse 18 et le châssis 12, deux amortisseurs centraux sensiblement horizontaux 63 (fig. 2) occupant une position basse de la traverse danseuse 18, et deux butées 64 agencées sur le châssis 12 en regard de la traverse danseuse 18 et limitant les mouvements latéraux entre la traverse danseuse 18 et le châssis 12. Les organes de suspension secondaires 40 sont composés de doubles ressorts intérieurs et extérieurs avec sommiers élastiques. Ils permettent le mouvement vertical et horizontal de la caisse. L'effet "flexicoïl" des ressorts associé à une conception appropriée des sommiers élastiques permet d'optimiser la raideur de la suspension latérale et ainsi d'offrir un bon confort. Ces sommiers permettent de réduire la transmission du bruit de roulement à la caisse. Ensemble avec les amortisseurs verticaux et horizontaux 62,63, ils assurent un excellent confort. Les deux bielles longitudinales basses 61 sont agencés entre les parties latérales basses du châssis 12 et la traverse danseuse 18 et permettent de transmettre les efforts de traction et de freinage sans cabrage du bogie 10.
- Une couronne à billes 66 est fixée sur la partie médiane basse de la traverse danseuse 18 et assure la liaison entre le bogie et la caisse du véhicule tout en permettant la rotation du bogie par rapport à la caisse et la transmission des efforts longitudinaux.
- La figure 5 montre en particulier une coupe à travers un organe de suspension primaire 23 comportant une partie mâle conique 68 et une partie femelle 69 s'emboîtant l'une dans l'autre entre lesquelles sont agencées deux pièces annulaires coniques élastiques 70. On obtient ainsi une suspension à guidage intégrée assurant une liaison particulièrement précise entre l'essieu 14 et le châssis 12, aussi bien dans les courbes qu'en alignement. La flexibilité verticale a été choisie de façon à s'adapter aux défauts de voie localisés notamment dans les prises de gauche important. Cette suspension du bogie permet l'égalisation des charges verticales du véhicule en toutes circonstances. Ses caractéristiques permettent de garantir une bonne adhérence du bogie et d'assurer la sécurité au déraillement. Il est bien entendu qu'il est également possible d'utiliser un organe de suspension primaire de toute autre construction.
- Le bogie 10 décrit ci-dessus peut également être prévu sans motorisation ou pour tout écartement, métrique ou normal, ainsi que pour des largeurs de caisses allant de 2200 à 2650 mm. Un angle maximum de rotation du bogie est avantageusement fixé à 15° pour ne pas empiéter trop à l'intérieur de la caisse.
- Les avantages sont les suivants :
- Le comportement latéral de ce bogie moteur sera bon et donnera une sensation de confort aux passagers. Un effort particulier est donné pour diminuer au maximum les masses non-suspendues.
- Si la configuration du véhicule le permet, on pourrait prévoir, par exemple, deux bogies moteurs et deux bogies porteurs. Les bogies porteurs ne seraient qu'une simplification des bogies moteurs, d'où un coût moins élevé.
- Ce concept, appliqué au tramway, permet de garder un empattement du bogie de 1000 mm tout en ayant des roues neuves de 560 mm de diamètre. Ceci permettra de limiter les effets de coincement dans les courbes de faible rayon et de réduire l'angle d'attaque entre roue et rail.
- Le fait d'entraîner chaque roue par un moteur permet d'avoir, dans les courbes, des vitesses de rotation des roues différentes entre côté gauche et côté droit. Ceci permettra d'éliminer l'effet stick-slip entre les roues d'un même essieu, et évitera les "couinements" étant donné l'absence de liaison mécanique ou électrique entre les roues.
- Le fait d'avoir un moteur par roue permet de garantir le démarrage du véhicule dans les pentes maximales, même avec des conditions d'adhérence très mauvaises.
- Selon les cas, cela pourrait permettre de réduire la puissance installée.
- Les figures 6 à 9 illustrent un second mode d'exécution de bogie orientable 110 pour voie normale, avec un châssis 112, deux essieux non tournants 114 portant chacun deux roues 116 et une traverse danseuse 118.
- Les essieux 114 non tournants sont en forme de U avec une partie médiane basse 120, et deux branches latérales montantes 121 sur lesquelles sont montées les roues 116. Chaque branche latérale 121 possèdent vers l'avant et vers l'arrière une portion en saillie formant un plateau 122 destiné à porter un organe de suspension primaire 123 qui est favorablement du type à guidage intégré, tel que représenté à la figure 5. Le châssis 112 est donc suspendu sur les deux essieux 114 grâce à huit organes de suspension primaires 123.
- Le châssis 112 possède également une partie médiane basse 126 constituée par deux traverses 127 ayant la forme générale en U. Ces deux traverses 127 sont séparées par un espace central 128 dans lequel est agencée la traverse danseuse 118. Les deux traverses 127 possèdent de chaque côté des branches latérales montantes 134 rendues solidaires l'une de l'autre par un longeron ou un bloc central latéral 130. Des branches horizontales 131 prolongent le châssis 112 de chaque côté vers l'avant et l'arrière et sont disposées en regard des plateaux 122 pour coopérer avec les organes de suspension primaire 123. On obtient ainsi une parfaite assise du châssis 112 sur les deux essieux 114. Les blocs centraux 130, les branches latérales 131 pourront avantageusement être constitués par des longerons latéraux assemblés aux traverses 127.
- La traverse danseuse 118 possède également une forme générale en U avec une partie médiane basse 136 portant la couronne 166 et reliée à deux branches latérales 137 comportant chacune une portion 138 destinée à coopérer avec les organes de suspensions secondaires 140 du type à double ressort agencés sur les blocs centraux latéraux 130. La traverse danseuse 118 est ainsi disposée dans l'espace central 128. La structure du bogie 110 est donc vide sur toute la longueur médiane dans laquelle la caisse du véhicule peut être logée pour obtenir un plancher bas intégral du véhicule.
- Le bogie 110 comporte un moteur 142 de chaque côté fixé au châssis 112 et relié aux roues par des réducteurs 143 et des arbres à transmission 144. Les étriers 147 des freins à disques 146 sont montés sur le châssis. Tandis que les disques 148 sont solidaires en rotation du dernier pignon des réducteurs 143. On obtient ainsi un alignement exact entre étriers et freins, donc une efficacité de freinage accrue. Un groupe de freinage d'urgence 149 avec un sabot électromagnétique 150 est monté sur le châssis de chaque côté entre les roues 116.
- Des éléments de liaison 155 agencés entre chaque essieu 114 et le châssis 112 comprennent les huit organes de suspension primaire 123, et quatre butées 157 agencées entre les essieux 114 et le châssis 112 et destinés à éviter une séparation essieu-châssis. Du fait de l'utilisation de huit organes de suspension à guidage intégré le montage d'une ou deux séries de bielles n'est plus nécessaire.
- Les éléments de liaison 160 entre le châssis 112 et la traverse danseuse 118 sont constitués par les deux organes de suspensions secondaires 140 à double ressort, deux bielles de transmission d'efforts longitudinales basses 161 (fig. 7 et 9), deux amortisseurs verticaux latéraux 162, un amortisseur central sensiblement horizontal 163 et deux butées 164 limitant les mouvements latéraux de la traverse danseuse 118 par rapport au châssis 112. Les éléments de liaison 160 sont donc sensiblement identiques à ceux du premier mode d'exécution.
- La couronne 166 fixée sur la partie médiane basse 136 de la traverse danseuse 118 permet la liaison et la rotation entre bogie et caisse.
- Les avantages mentionnés en relation avec le premier mode d'exécution restent également valables pour le second mode d'exécution décrit ci-dessus.
- L'ensemble de traction-freinage illustré à la figure 10 peut être utilisé pout toute voie, métrique ou normale, et forme de chaque côté du bogie une unité compacte suspensue au châssis du bogie par des éléments élastiques. Le moteur 142 possède un arbre d'entraînement 152 orienté transversalement au plan des roues 116. Il entraîne et freine les deux roues d'un même côté du bogie et est placé au centre du réducteur 143 qui possède deux sorties et dont les deux trains d'engrenages 153 comportent des pignons parallèles aux plans des roues 162. Deux organes de transmission 144 comportant chacun deux accouplements élastiques reliés entre eux par un arbre creux, l'un placé à la sortie du réducteur 143, l'autre fixé à la roue 116, permettent de créer une liaison cardanique entre réducteur et roue.
- Cette transmission permet tous les mouvements relatifs entre roue et ensemble de traction-freinage et limite les couples parasites provenant du contact rail-roue. Chaque réducteur 143 est équipé d'une unité de freins à disque 146 qui permet de freiner mécaniquement les deux roues d'un même côté du bogie. Le frein est à accumulation d'énergie par ressorts et il est commandé par une centrale hydraulique, à plusieurs paliers, commune pour les deux unités de freinage d'un bogie. Un frein mécanique permet de maintenir le véhicule en pleine charge dans la pente maximale et assure le frein de parking.
- Pour assister le frein hydraulique lors d'un freinage d'urgence, le bogie est équipé de deux patins électromagnétiques sur rail.
- De façon générale, le bogie est donc équipé de deux moteurs 142 placés transversalement sur le côté droit et le côté gauche du bogie. Chaque moteur entraîne par l'intermédiaire d'un réducteur 143 et deux transmissions cardaniques 144 les deux roues d'un même côté du bogie.
- Il possède une structure à deux étages de suspension et retient les principes essentiels de découplage des mouvements entre caisse et bogie. Les mouvements de rotation et de lacet du bogie sont découplés des mouvements de lacet, de roulis et de ballant de la caisse.
- Les mouvements relatifs caisse - bogie sont possibles à toutes les vitesses, charges, courbes et rampes sans entraîner d'efforts inadmissibles.
- Du fait de l'agencement particulier des éléments du bogie, son empattement peut être réduit, ce qui diminue l'angle d'attaque des essieux dans les courbes de faible rayon et réduit l'usure de la voie.
- La transmission des efforts longitudinaux caisse-bogie est réalisée au niveau le plus bas permis par le gabarit inférieur. Le cabrage du bogie est minimisé ce qui assure ainsi une bonne adhérence du tramway.
- Les roues et les essieux coudés sont les seules masses non suspendues; ceci permet de limiter dans une grande mesure les vibrations transmises au sol.
- En cas de nécessité, un amortisseur anti-lacet à front raide sera installé. Il permettra d'éviter d'élever la vitesse critique du bogie en alignement et de limiter ses mouvements de lacet.
- Le véhicule ferroviaire 70 représenté à la figure 11 est équipé avec des bogies 10 et représente une possibilité d'application à un tramway. Ce dernier comprend trois caisses 71,72,73 et quatre bogies. Les caisses présentant des podiums latéraux 74 à l'endroit des bogies, mais la partie centrale du véhicule forme un couloir à plancher bas intégral sur toute la longueur du véhicule permettant de passer avec une poussette même pour des réseaux de tramways à faible rayon de courbure d'environ 12 mètres. Deux sièges dos à dos peuvent être placés sur les podiums au-dessus des roues. Les bogies moteurs orientables possèdent un empattement minimum réduit jusqu'à 1 m et permettent un plancher bas intégral de 350 mm avec un couloir d'une largeur minimale de 480 mm. Malgré l'empattement minimum chaque roue peut être entraînée par un moteur et un réducteur indépendant. Malgré cet empattement le bogie a très peu de masses non suspendues et un confort optimal grâce aux deux types de suspension primaire et secondaire adaptés l'un à l'autre. Pour des véhicules régionaux ou métro susceptibles de rouler à des vitesses élevées, l'empattement des essieux peut être augmenté.
- Il est bien entendu que les modes de réalisation décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils peuvent recevoir toutes modifications désirables à l'intérieur du cadre tel que défini par la revendication 1. En particulier, les organes de suspension primaires et secondaires pourront être de toute autre nature et d'un autre nombre. Certains bogies simplifiés pourront être exempts de motorisation, voire de système de freinage. Le moteur, les dispositifs de freinage et les éléments de liaison pourront être d'un autre type. Le bogie pourra être adapté à tous types de véhicule sur rail et à toutes dimensions de voie. Les bogies à voie métrique, respectivement à voie normale, pourront également comporter deux, respectivement quatre groupes de motorisation.
Claims (15)
- Bogie orientable destiné à être articulé par un dispositif de pivotement (66,166) à la structure d'un véhicule (70) sur rail comprenant deux essieux (14,114) reliés à un châssis (12,112) et portant chacun deux roues (16,116), caractérisé par le fait que les essieux (14,114), non tournants, sont en forme de U avec une partie médiane plus basse (20,120) et deux branches latérales (21,121) sur lesquelles sont montées de façon tournante les roues (16,116), par le fait que chaque branche latérale (21,121) comporte au moins une portion (22,122) agencée de façon à porter au moins un organe de suspension primaire (23,123), par le fait que le châssis (12,112) comprend au moins une partie médiane basse (26,126) et des portions latérales plus hautes (31,131) destinées à prendre appui sur les organes de suspension primaires (23,123) de façon à être suspendu sur les deux essieux (12,112), par le fait que le bogie comprend une traverse danseuse (18,118) ayant deux branches latérales plus hautes (37,137) et une partie médiane basse (36,136), les deux branches latérales (37,137) reposant chacune sur un organe de suspension secondaires (40,140) agencé sur chaque côté du châssis, la partie médiane basse (36,136) de la traverse danseuse portant ledit dispositif de pivotement (66,166) agencé de façon à obtenir un bogie orientable pour véhicule à plancher central bas.
- Bogie selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie médiane basse (26,126) du châssis est constituée par au moins deux traverses (27,127) séparées par un espace transversal central (28,128) et par le fait que la partie médiane basse (36,136) de la traverse danseuse (18,118) est agencée au moins partiellement dans cet espace transversal central (28,128).
- Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chacun des organes de suspension primaires (23,123) est constitué par deux éléments à surfaces coniques (68,69) emboîtés l'un dans l'autre et entre lesquels est agencée au moins une pièce annulaire élastique (70) .
- Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des organes de suspension secondaire (40,140) est constitué par un ressort hélicoïdal ou par deux ressorts hélicoïdaux engagés l'un dans l'autre montés sur un plateau latéral extérieur du châssis.
- Bogie selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des éléments de liaison inférieurs entre chaque essieu (14) et le châssis (12) constitués par quatre bielles (56) reliant la partie médiane basse (20) de chaque essieu au châssis et comportant une orientation oblique par rapport aux essieux de façon à former un losange entre elles.
- Bogie selon la revendication 1 ou 5, caractérisé par le fait que les branches latérales (21) de chaque essieu (14) sont reliées au châssis (12) par une bielle (57) à orientation longitudinale.
- Bogie selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux branches latérales (37,137) de la traverse danseuse (18,118) sont reliées par deux amortisseurs verticaux (62,162) au châssis (12,112), par le fait que la partie médiane basse (36,136) de la traverse danseuse est reliée par au moins un amortisseur transversal (63,163) au châssis et par le fait qu'il comprend deux butées (64,164) agencées entre le châssis et la traverse danseuse et destinées à limiter le jeu latéral de cette dernière.
- Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend deux bielles (61,161) longitudinales reliant les parties latérales basses du châssis (12,112) à la traverse danseuse (18,118).
- Bogie selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque essieu (114) comprend deux portions (122) prolongeant chaque branche latérale (121) vers l'avant et vers l'arrière du bogie et servant de support pour huit organes de suspensions primaires (123) coopérant avec des branches latérales longitudinales (131) du châssis (112).
- Bogie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend de chaque côté du châssis au moins un moteur (42,142) relié par au moins un dispositif réducteur (43,143) aux roues (16,116), par le fait que les moteurs et les dispositifs réducteurs sont agencés latéralement au châssis (12,112), les dispositifs réducteurs (43,143) étant reliés par des organes de transmission cardaniques (44,144) aux roues, et par le fait que les moteurs (42,142) possèdent des arbres d'entraînement (52,152) orientés transversalement par rapport aux plans des roues et entraînant des pignons du réducteur dont les plans sont parallèles aux plans des roues.
- Bogie selon la revendication 10, caractérisé par le fait que chacun des organes de transmission cardaniques (44,144) est constitué par deux accouplements élastiques reliés entre eux par un arbre, l'un agencé à la sortie du réducteur (43,143), l'autre fixé à la roue (16,116).
- Bogie selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait qu'il comprend de chaque côté du châssis deux moteurs (42) et deux réducteurs (43), les moteurs occupant une position centrale par rapport aux organes de transmission cardaniques (44).
- Bogie selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait qu'il comprend de chaque côté du châssis un moteur central (142) relié aux deux roues (116) par un dispositif réducteur (143) à deux sorties, le moteur et le dispositif réducteur formant une unité compacte suspendue au châssis.
- Bogie selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé par le fait que les éléments tournants (148) d'un dispositif de freinage (146) sont solidaires d'un des éléments tournants du dispositif réducteur (143) ou du moteur (142), tandis que l'élément stationnaire (147) du dispositif de freinage est fixé au châssis (112) ou au dispositif réducteur (143).
- Véhicule sur rail, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un bogie orientable selon l'une des revendications 1 à 14.
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