EP1232085A1 - Entretoise pour structure de boggies - Google Patents

Entretoise pour structure de boggies

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EP1232085A1
EP1232085A1 EP00981429A EP00981429A EP1232085A1 EP 1232085 A1 EP1232085 A1 EP 1232085A1 EP 00981429 A EP00981429 A EP 00981429A EP 00981429 A EP00981429 A EP 00981429A EP 1232085 A1 EP1232085 A1 EP 1232085A1
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EP
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elements
sole
spacer
stresses
curve
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Gérard LELASSEUX
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Techni Industrie
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Classifications

    • 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
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/50—Other details
    • B61F5/52—Bogie frames

Definitions

  • the present invention relates to improvements to the structures of bogies, in particular of the type intended to maintain freight wagons.
  • the longitudinal beams In order to be able to support large loads, the longitudinal beams have, in their central part, a very thick zone which, conventionally in terms of resistance of the materials, is provided with a light making it possible to reduce the weight of this beam while at the same time retaining sufficient rigidity.
  • the profile of this light substantially resembles that of the beam, that is to say that its upper part is generally rectilinear and parallel to the rectilinear upper face of the beam, this upper part being joined to the parallel base of the light by two inclined sides which are connected to the upper part by rounding.
  • the entire periphery of the light is bordered by a sole which reinforces the rigidity of the beam in the area of the light.
  • the upper and lower parts of the sole can merge with the upper and lower faces of the central crosspiece which is connected at this level with the two longitudinal beams.
  • the present invention aims to avoid the aforementioned drawbacks by proposing a connecting spacer which resists the fatigue stresses suffered by the beams of the bogies when they are used.
  • the subject of the present invention is therefore a connecting cross section of substantially U-shaped cross section ensuring an angular connection between two sole elements of a recess produced in a beam of the structure of a bogie, in particular for a freight wagon, characterized in that it is made of a material of a different nature from that of the other elements of the sole with which it is connected, so that its resistance at maximum fatigue is represented on the curve expressing the variation in dynamic stresses as a function of the average stresses for a metal considered, by a point situated inside said curve.
  • at least one of the branches of the spacer has a thickness that is thinner than that of the sole elements to which it is connected. The thickness of this branch will preferably be of the order of 0.8 times that of said elements.
  • each of the two branches of the connecting spacer will be given a sufficient length such that the junction of this branch with the sole element to which it is connected is located outside the areas of significant stress experienced by these items in use.
  • connection with the elements of the sole will be carried out so that their external parts are aligned and the variations in thickness are manifested on the interior of the elements and of the spacer.
  • FIG. 1 is an elevation view of a longitudinal beam of a bogie.
  • Figure 2 is a cross-sectional view on an enlarged scale of a detail of implementation of the connecting spacer shown in Figure 1 along line II-II thereof.
  • Figure 3 is a partial longitudinal vertical sectional view on an enlarged scale of a connecting spacer according to the invention and the elements to which it is connected.
  • FIG. 4 is a partial detail view on an enlarged scale of the connecting spacer shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a graph (known as a Haigh graph) representing the variation of the dynamic stresses as a function of the average stresses undergone by determined zones of the structure.
  • FIG. 1 a longitudinal beam 1 for bogie whose central part is thicker in order to be able to withstand the significant bending stresses to which this beam is subjected during use.
  • the latter is provided with a central window 3.
  • This central window has an upper side and a lower side which are parallel to the upper face of the beam 1.
  • the lower side which is shorter, is connected, at each of its ends, to the upper side by an inclined part followed by 'a rounded part.
  • the structure of the bogie, and in particular the beam 1 is produced in the so-called mechanically welded technique, that is to say that it is made up of cut sheet metal elements which are welded together.
  • the cross section of this beam 1 has an overall shape in I, that is to say that it has two parallel horizontal branches respectively upper and lower la and lb which are joined by a core central on.
  • the window 3 is bordered, over its entire periphery by a sole 5, that is to say by a sheet metal element perpendicular to the core 1c.
  • This sole thus comprises an upper part 5a and a lower part 5b of shorter length which are parallel to the upper branch 1a of the longitudinal beam 1 and which constitute the upper and lower ends of the central cross member of the bogie.
  • These upper 5a and lower 5b parts of the sole 5 are joined by an inclined part 5c, which is parallel to the lower branch lb of the beam 1, and by a connecting spacer 5d whose cross section is in the shape of a slightly open U .
  • This connecting spacer 5d is linked to the upper part 5a and to the inclined part 5c by welding.
  • This connecting spacer 5d is the part which, according to the prior art, is subjected to stresses, and in particular fatigue stresses, such that at the end of a certain period of use, it is the place for the formation of cracks which then cause outright rupture of the longitudinal beam 1.
  • the connecting spacer 5d will be produced from a material of a different nature from that constituting the other parts of this peripheral sole 5. It has in fact been found that choosing a constituent material of this 5d connecting spacer a steel capable of withstanding higher fatigue stresses, the cracking of the spacer and the rupture of the longitudinal beam 1 were avoided. It was also found, during the multiples tests carried out by the applicant that, surprisingly, the resistance to fatigue undergone by this zone of the structure was improved by reducing in a certain proportion the thickness of the connecting spacer 5d.
  • the maximum resistance to various stresses is obtained by giving the connecting spacer 5d a thickness of 14 mm. In such an embodiment, it is thus found that the maximum resistance is obtained for a thickness of a connecting spacer less than that of the inclined sole 5c.
  • the lengths e and e 'of the branches of the connecting spacer 5d are such that the zone in which the connection of these branches takes place with the upper flanges 5a and inclined 5c lie outside a zone of critical stress to fatigue.
  • connection between the inclined sole 5c and the connecting spacer 5d will be done in such a way that the external parts of these elements are aligned with respect to the line delimiting the window 3, the variations d 'thickness of the two elements then existing on the side of one inside thereof.

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Abstract

La présente invention concerne une entretoise de section droite sensiblement en forme de U assurant une liaison angulaire entre deux éléments de semelle (5a, 5c) d'un évidement réalisé dans une poutre de la structure d'un boggie, notamment pour wagon de transport de marchandises. Cette entretoise est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un matériau de nature différente de celle des autres éléments de la semelle avec lesquels elle est reliée, de façon que sa résistance à la fatigue maximale soit représentée sur la courbe exprimant la variation des contraintes dynamiques en fonction des contraintes moyennes pour un métal considéré, par un point situé à l'intérieur de ladite courbe.

Description

ENTRETOISE POUR STRUCTURE DE BOGGIES
La présente invention concerne des perfectionnements aux structures des boggies notamment du type destiné à assurer le maintien de wagons de transport de marchandises.
Elle concerne plus particulièrement une entretoise utilisée sur ces boggies.
On sait que la structure de tels boggies est essentiellement constituée de deux poutres longitudinales qui sont réunies par deux traverses extrêmes et une traverse centrale.
Afin de pouvoir supporter les charges importantes, les poutres longitudinales comportent, en leur partie centrale, une zone de forte épaisseur qui, de façon classique en résistance des matériaux, est pourvue d'une lumière permettant de diminuer le poids de cette poutre tout en lui conservant une rigidité suffisante.
Le profil de cette lumière reprend sensiblement celui de la poutre, c'est-à-dire que sa partie supérieure est généralement rectiligne et parallèle à la face supérieure rectiligne de la poutre, cette partie supérieure étant réunie à la base parallèle de la lumière par deux flancs inclinés qui se raccordent à la partie supérieure par des arrondis. L'ensemble de la périphérie de la lumière est bordé par une semelle qui renforce la rigidité de la poutre dans la zone de la lumière. Les parties supérieure et inférieure de la semelle peuvent se confondre avec les faces supérieure et inférieure de la traverse centrale qui se raccorde à ce niveau avec les deux poutres longitudinales . Lorsque de telles poutres sont réalisées par la technique dite du mécano soudé, c'est-à-dire que l'ensemble de la structure est constitué d'éléments de tôle qui sont soudés entre eux, la semelle périphérique de la lumière est réalisée en plusieurs tronçons, notamment dans les angles réalisant le raccordement de sa partie supérieure avec les parties inclinées. Or on a constaté dans les boggies mettant en oeuvre de telles poutres, qu'après une période donnée d'utilisation, des amorces de rupture se formaient au niveau de cette zone de raccordement dans le tronçon d'angle désigné ci-après " entretoise de liaison ", ces amorces de rupture entraînant rapidement des fissures conduisant à la destruction pure et simple de la poutre.
Afin d'éviter cet inconvénient on a proposé de renforcer ces entretoises de liaison au moyen de goussets soudés. On a constaté que cette disposition n'empêchait nullement la formation de fissures, rapidement suivies d'une rupture de cette jonction.
On a également proposé de disposer les goussets de renforcement perpendiculairement à l' entretoise de liaison. Comme dans le cas précédent cette disposition n'a pas permis de résoudre le problème.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients précités en proposant une entretoise de liaison qui résiste aux contraintes de fatigue subies par les poutres des boggies lors de l'utilisation de ces derniers .
La présente invention a ainsi pour objet une entretoise de liaison de section droite sensiblement en forme de U assurant une liaison angulaire entre deux éléments de semelle d'un évidement réalisé dans une poutre de la structure d'un boggie, notamment pour wagon de transport de marchandises, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un matériau de nature différente de celle des autres éléments de la semelle avec lesquels elle est reliée, de façon que sa résistance à la fatigue maximale soit représentée sur la courbe exprimant la variation des contraintes dynamiques en fonction des contraintes moyennes pour un métal considéré, par un point situé à l'intérieur de ladite courbe. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention l'une au moins des branches de l' entretoise a une épaisseur plus faible que celle des éléments de semelle auxquels elle est raccordée. L'épaisseur de cette branche sera preferentiellement de l'ordre de 0,8 fois celle desdits éléments .
Preferentiellement, suivant l'invention, on donnera à chacune des deux branches de l' entretoise de liaison une longueur suffisante telle que la jonction de cette branche avec l'élément de semelle auquel elle est raccordée se situe en dehors des zones de contrainte importantes subie par ces éléments en cours d'utilisation.
Par ailleurs la liaison avec les éléments de la semelle sera réalisée de façon que leurs parties externes se trouvent alignées et les variations d'épaisseur se manifestent sur l'intérieur des éléments et de 1 ' entretoise .
On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel : La figure 1 est une vue en élévation d'une poutre longitudinale d'un boggie. La figure 2 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie d'un détail de mise en oeuvre de l' entretoise de liaison représentée sur la figure 1 suivant la ligne II-II de celle-ci. La figure 3 est une vue en coupe verticale partielle longitudinale à échelle agrandie d'une entretoise de liaison suivant l'invention et des éléments auxquels elle est raccordée.
La figure 4 est une vue de détail partielle à échelle agrandie de l' entretoise de liaison représentée sur la figue 3.
La figure 5 est un graphique (dit graphique de Haigh) représentant la variation des contraintes dynamiques en fonction des contraintes moyennes subies par des zones déterminées de la structure.
On a ainsi représenté sur la figure 1 une poutre longitudinale 1 pour boggie dont la partie centrale est de plus forte épaisseur afin d'être en mesure de résister aux contraintes de flexion importantes à laquelle cette poutre est soumise lors de son utilisation. Afin de réduire le poids propre de cette poutre 1 dans la zone de plus forte épaisseur, cette dernière est pourvue d'une fenêtre centrale 3.
Cette fenêtre centrale comporte un côté supérieur et un côté inférieur qui sont parallèles à la face supérieure de la poutre 1. Le côté inférieur, qui est plus court, se raccorde, à chacune de ses extrémités, au côté supérieur par une partie inclinée suivie d'une partie arrondie.
La structure du boggie, et notamment la poutre 1, est réalisée dans la technique dite de mécano soudé, c'est-à- dire qu'elle est constituée d'éléments de tôle découpés qui sont soudés entre eux. Ainsi que représenté sur la figure 2, la section droite de cette poutre 1 a une forme globale en I, c'est-à-dire qu'elle comporte deux branches horizontales parallèles respectivement supérieure et inférieure la et lb qui sont réunies par une âme centrale le.
La fenêtre 3 est bordée, sur l'ensemble de sa périphérie par une semelle 5, c'est-à-dire par un élément de tôle perpendiculaire à l'âme le. Cette semelle comprend ainsi une partie supérieure 5a et une partie inférieure 5b de moindre longueur qui sont parallèles à la branche supérieure la de la poutre longitudinale 1 et qui constituent les extrémités supérieure et inférieure de la traverse centrale du boggie. Ces parties supérieure 5a et inférieure 5b de la semelle 5 sont réunies par une partie inclinée 5c, qui est parallèle à la branche inférieure lb de la poutre 1, et par une entretoise de liaison 5d dont la section droite est en forme de U légèrement ouvert . Cette entretoise de liaison 5d est liée à la partie supérieure 5a et à la partie inclinée 5c par soudage.
Cette entretoise de liaison 5d est la pièce qui, suivant l'état antérieur de la technique, est soumise à des contraintes, et notamment des contraintes de fatigue, telles qu'au bout d'une certaine période d'utilisation, elle est le lieu de formation de fissures qui entraînent par la suite la rupture pure et simple de la poutre longitudinale 1.
Suivant la présente invention on réalisera 1' entretoise de liaison 5d dans un matériau de nature différente de celui constituant les autres parties de cette semelle périphérique 5. On a constaté en effet qu'en choisissant comme matériau constitutif de cette entretoise de liaison 5d un acier en mesure de résister à des contraintes de fatigue plus élevées, on évitait la fissuration de l' entretoise et la rupture de la poutre longitudinale 1. On a également constaté, au cours des multiples essais réalisés par la demanderesse que, de façon surprenante, on améliorait la résistance à la fatigue subie par cette zone de la structure en diminuant dans une certaine proportion l'épaisseur de l' entretoise de liaison 5d.
Le choix de l'acier utilisé dépendra bien entendu des charges et contraintes auxquelles est soumise cette poutre. Afin de déterminer la nuance d'acier apte à résister à la fois aux contraintes statiques et aux contraintes dynamiques auxquelles est soumise la structure on fera par exemple appel à un diagramme du type " représentation de " HAIGH ". Un tel diagramme, qui est représenté sur la figure 5, montre les variations des contraintes dynamiques, exprimées en MPa en fonction des contraintes moyennes subies par la structure également exprimées en MPa. Sur ce diagramme la courbe a est la caractéristique d'un acier A52 et le point A représente quant à lui la zone la plus critique, c'est-à-dire celle la plus sollicitée, de 1' entretoise de liaison 5d. Suivant l'invention, connaissant le point A, on déterminera la nuance de l'acier dans lequel on pourra réaliser l' entretoise de liaison, en choisissant une courbe caractéristique qui, telle que la courbe a, enveloppe le point A.
Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, qui a été testé par la demanderesse, dans lequel la semelle supérieure 5a a une épaisseur de 14 mm et la semelle inclinée 5c a une épaisseur de 16 mm, la résistance maximale aux contraintes diverses est obtenue en donnant à l' entretoise de liaison 5d une épaisseur de 14 mm. Dans un tel mode de mise en oeuvre on constate ainsi que la résistance maximale est obtenue pour une épaisseur d'une entretoise de liaison inférieure à celle de la semelle inclinée 5c.
Par ailleurs, suivant l'invention, on fera également en sorte que les longueurs e et e' des branches de l' entretoise de liaison 5d soient telles que la zone dans laquelle s'effectue la liaison de ces branches avec les semelles supérieure 5a et inclinée 5c se situent en dehors d'une zone de contrainte critique à la fatigue.
Ainsi que représenté sur la figure 4, la liaison entre la semelle inclinée 5c et 1 ' entretoise de liaison 5d se fera de façon telle que les parties externes de ces éléments se trouvent alignées par rapport à la ligne délimitant la fenêtre 3, les variations d'épaisseur des deux éléments existant alors du côté de 1 ' intérieur de celle-ci.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Entretoise de liaison (5d) de section droite sensiblement en forme de U assurant une liaison angulaire entre deux éléments de semelle (5a, 5c) d'un évidement (3) réalisé dans une poutre (1) de la structure d'un boggie, notamment pour wagon de transport de marchandises, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un matériau de nature différente de celle des autres éléments (5a, 5c) de la semelle (5) avec lesquels elle est reliée, de façon que sa résistance à la fatigue maximale soit représentée sur la courbe (a) exprimant la variation des contraintes dynamiques en fonction des contraintes moyennes pour un métal considéré, par un point situé (A) à l'intérieur de ladite courbe (a) .
2.- Entretoise suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu'au moins l'une de ses branches a une épaisseur plus faible que celle des éléments de semelle (5a, 5d) auxquels elle est raccordée.
3. - Entretoise suivant la revendication 2 caractérisée en ce que l'épaisseur de ladite branche est de l'ordre de 0,8 fois celle desdits éléments.
4.- Entretoise suivant l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la zone de liaison entre les branches et lesdits éléments se situe en dehors des zones de contrainte de fatigue importantes.
5.- Entretoise suivant l'une des revendications 2 à 4 caractérisée en ce que sa liaison avec les éléments (5a, 5c) de la semelle (5) est réalisée de façon que leurs parties externes se trouvent alignées et les variations d'épaisseur se manifestent sur l'intérieur des éléments et de 1 'entretoise.
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