EP3689702B1 - Bogie de véhicule ferroviaire et véhicule ferroviaire associé - Google Patents

Bogie de véhicule ferroviaire et véhicule ferroviaire associé Download PDF

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EP3689702B1
EP3689702B1 EP20154133.1A EP20154133A EP3689702B1 EP 3689702 B1 EP3689702 B1 EP 3689702B1 EP 20154133 A EP20154133 A EP 20154133A EP 3689702 B1 EP3689702 B1 EP 3689702B1
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bogie
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    • 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
    • B61F5/26—Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
    • B61F5/28—Axle-boxes integral with, or directly secured to, vehicle or bogie underframes
    • 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
    • B61C9/48—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors supported on vehicle frames and driving axles, e.g. axle or nose suspension
    • B61C9/50—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors supported on vehicle frames and driving axles, e.g. axle or nose suspension in bogies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
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    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/02—Types of bogies with more than one axle
    • B61F3/04—Types of bogies with more than one axle with driven axles or wheels

Description

  • La présente invention concerne un bogie de véhicule ferroviaire à grande vitesse.
  • Des bogies de véhicule ferroviaire sont par exemple connus des documents CN 105 313 913 A , EP 2 058 206 A1 et CA 2 682 001 A1 .
  • La propulsion des véhicules ferroviaires à grande vitesse, c'est-à-dire aptes à atteindre des vitesses supérieures à 300 km/h, nécessite des moteurs puissants qui présentent généralement une masse importante, c'est-à-dire supérieure à 1100 kg dans le cas d'un moteur asynchrone et 900 kg dans le cas d'un moteur à aimants permanents.
  • Il est donc connu de fixer les moteurs à la caisse du véhicule ferroviaire, de manière suspendue, et de transmettre la rotation aux essieux montés sur les bogies par un arbre de transmission complexe connu sous l'appellation de « tripode ».
  • Cet arbre de transmission comporte une liaison rotule-doigt connue sous le nom de joint de Cardan, afin d'accommoder les variations d'orientation et les déplacements latéraux entre la caisse et le bogie, et donc les débattements importants entre le moteur et l'essieu.
  • Ces systèmes de transmission peuvent encore être améliorés.
  • En effet, les arbres de transmission de type « tripode » sont généralement chers et lourds, et nécessitent un traitement de surface au chrome leur conférant une dureté importante et garantissant leur état de surface. Cependant, ces traitements au chrome sont nocifs pour l'environnement et devraient être appelés à disparaître lors de l'évolution des normes environnementales.
  • De plus, la transmission par un joint de cardan est non-linéaire et provoque des pertes d'énergie dans la transmission du moteur à l'essieu.
  • Un but de l'invention est ainsi de fournir un bogie de véhicule ferroviaire à grande vitesse comprenant un système de transmission permettant de s'affranchir de l'arbre de type « tripode ».
  • A cet effet, l'invention a pour objet un bogie de véhicule ferroviaire selon la revendication 1.
  • Un tel bogie permet de s'affranchir du tripode en supprimant la nécessité d'accommoder d'importants débattements latéraux entre le moteur et l'essieu.
  • Selon des modes de réalisation particuliers, le bogie selon l'invention présente l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
    • deux des points de fixation sont situés au-dessus d'un plan médian du châssis sensiblement perpendiculaire à une direction d'élévation du châssis, et les deux autres points de fixation sont situés en-dessous du plan médian du châssis ;
    • le réducteur est propre à transmettre un couple généré par le moteur jusqu'à l'essieu de manière sensiblement linéaire ;
    • chaque réducteur est suspendu au châssis par un système de suspension présentant un unique degré de liberté orienté essentiellement selon une direction d'élévation du châssis ;
    • le réducteur est dépourvu d'élément comprenant une surface présentant une couche de chrome ;
    • le bogie comprend un dispositif d'accouplement qui lie mécaniquement le moteur au réducteur, le dispositif d'accouplement comprenant un accouplement à denture bombée ; et
    • chaque moteur présente une masse supérieure ou égale à 900 kg de préférence 1100 kg.
  • L'invention a également pour objet un véhicule ferroviaire à grande vitesse comprenant au moins un bogie tel que décrit plus haut, le véhicule ferroviaire étant destiné à se déplacer à des vitesses supérieures ou égales à 300 km/h lors de phases de déplacement à grande vitesse.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
    • [Fig 1] la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un bogie selon l'invention,
    • [Fig 2] la figure 2 est une vue schématique de dessus du bogie de la figure 1, et
    • [Fig 3] la figure 3 est une vue en perspective de détail d'un moteur de bogie selon l'invention.
  • En référence aux figures 1 à 3, on décrit un bogie 10 de véhicule ferroviaire. Le bogie 10 équipe un véhicule ferroviaire à grande vitesse, c'est-à-dire un véhicule ferroviaire propre à se déplacer à des vitesses supérieures ou égales à 300 km/h lors de phases de déplacement à grande vitesse.
  • Le bogie 10 est décrit ci-dessous en référence à une direction longitudinale X-X' sensiblement parallèle à la direction d'avancée du bogie 10 sur des rails, une direction transversale Y-Y' sensiblement perpendiculaire à la direction d'avancée du bogie 10, et une direction d'élévation Z-Z', sensiblement orthogonale à la direction longitudinale X-X' et à la direction transversale Y-Y'.
  • La direction longitudinale X-X' et la direction transversale Y-Y' sont sensiblement horizontales et la direction d'élévation Z-Z' est sensiblement verticale, lorsque le bogie 10 circule normalement sur des rails sensiblement horizontaux.
  • Le bogie 10 comprend un châssis 12, comprenant des longerons 14 et au moins une traverse 16 formant un cadre. Le bogie 10 comprend également des essieux 18 et des roues 20 supportant le châssis 12 à travers des systèmes de suspension primaire 22.
  • Les roues 20 et les essieux 18 sont montés sur le châssis 12 de manière rotative afin de permettre la circulation du bogie 10 sur une voie ferrée.
  • Le bogie 10 comprend de plus au moins un moteur 24 et au moins un réducteur 26 destinés à entrainer les essieux 18 et les roues 20 en rotation.
  • Le châssis 12 comprend notamment deux longerons 14 et une traverse 16, assemblés de façon à former un cadre présentant une forme sensiblement en H, par des ensembles de fixations (non représentés) disposés aux extrémités de la traverse 16.
  • Les longerons 14 s'étendent sensiblement parallèlement l'un à l'autre, selon la direction longitudinale X-X', et la ou chaque traverse 16 s'étend sensiblement selon la direction transversale Y-Y'.
  • Avantageusement, le bogie 10 comprend deux moteurs 24 et deux réducteurs 26 disposés de part et d'autre de la traverse 16, chaque moteur 24 entraînant un des essieux 18 par l'intermédiaire d'un des réducteurs 26 correspondant.
  • Pour des raisons de simplification des figures, un seul moteur 24, un seul réducteur 26 et un seul essieu 18 ont été représentés, les autres étant disposés de manière sensiblement symétrique par rapport au centre de gravité du châssis 12.
  • Les essieux 18 s'étendent sensiblement parallèlement l'un à l'autre, selon la direction transversale Y-Y'. Les longerons 14 du châssis 12 s'étendent au-dessus des essieux selon la direction d'élévation Z-Z', et sont portés par les systèmes de suspension primaire 22 (non visibles sur la figure 1) qui s'appuient sur les extrémités de chaque essieu 18.
  • Les roues 20 sont par exemple disposées intérieurement par rapport aux longerons 14 et aux systèmes de suspension primaire 22, selon la direction transversale Y-Y'.
  • Chaque système de suspension primaire 22 comprend, de manière connue, au moins un amortisseur et au moins un élément de rappel élastique, comme un ressort. L'amortisseur et l'élément de rappel élastique sont tous deux disposés entre le longeron 14 et l'essieu 18, et sont agencés pour amortir les chocs et les vibrations transmis de la roue 20 au châssis 12.
  • Chaque moteur 24 comprend une carcasse de protection 28, ainsi que, de manière connue, un stator contenu dans la carcasse pour sa protection et un rotor monté rotatif dans le stator (non représentés sur les figures).
  • Chaque moteur 24 est un moteur de véhicule ferroviaire à grande vitesse, c'est-à-dire apte à faire atteindre au véhicule ferroviaire une vitesse supérieure ou égale à 300 km/h. Chaque moteur 24 présente une masse supérieure ou égale à 900 kg, de préférence à 1100kg.
  • Le rotor entraine en rotation un arbre de rotor 29 lié à un dispositif d'accouplement 30 qui lie mécaniquement le moteur 24 au réducteur 26. Le dispositif d'accouplement 30 est positionné entre l'arbre de rotor 29 et le réducteur et notamment entre l'arbre de rotor 29 et un pignon d'entrée 48 du réducteur 26.
  • Le dispositif d'accouplement 30 comprend avantageusement un accouplement à denture bombée comprenant une entrée propre à coopérer avec l'arbre de rotor 29 et une sortie propre à coopérer avec un pignon d'entrée 48 du réducteur 26.
  • L'accouplement à denture bombée permet de compenser des désalignements axiaux, radiaux et angulaires entre le rotor et le réducteur 26, notamment entre l'arbre de rotor 29 et le pignon d'entrée 48 du réducteur 26.
  • L'accouplement est dit à denture bombée car il comprend sur sa périphérie au niveau de son entrée et de sa sortie des dents ayant des arêtes bombées et non pas droites. Les dents son notamment propres à coopérer avec des logements complémentaires formées sur la périphérie d'un manchon de l'accouplement s'étendant entre l'entrée et la sortie.
  • L'accouplement à denture bombée est par exemple tel que décrit dans WO 97/47894 A1 aux figures 1 et 5.
  • La carcasse 28 comprend des parois latérales 32, par exemple sensiblement cylindriques, deux flasques 34 d'extrémité fermant les parois latérales 32, et des superstructures 36 (non représentées sur les figures 2 et 3), jouant notamment un rôle de dissipation thermique.
  • La carcasse 28 définit une pluralité de points de fixation 40, disposés en regard d'un support 42 porté par la traverse 16 lorsque le moteur est monté sur le châssis.
  • Avantageusement, la carcasse 28 définit quatre points de fixation 40, disposés aux quatre coins d'un rectangle, avec deux des points de fixation 40 situés au-dessus d'un plan médian du châssis 12 sensiblement perpendiculaire à la direction d'élévation Z-Z', et les deux autres points de fixation 40 situés en-dessous dudit plan médian du châssis 12.
  • Le plan médian du châssis 12 est notamment un plan sensiblement horizontal, s'étendant à mi-hauteur de la traverse 16 et des longerons 14, selon la direction d'élévation Z-Z', lorsque le véhicule ferroviaire circule sur des rails horizontaux.
  • Chaque point de fixation 40 comprend par exemple un conduit traversant présentant des parois internes sensiblement lisses, propre à recevoir un boulon.
  • En variante, chaque point de fixation 40 comprend un orifice fileté, débouchant à une seule ou à ses deux extrémités, propre à recevoir une vis.
  • Le support 42 est par exemple une plaque sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale X-X', qui définit une pluralité d'orifices 44, au moins un des orifices 44 débouchant en regard de chacun des points de fixation 40 de la carcasse 28.
  • Des organes de fixation 46 rigides sont engagés de manière bloquante à la fois dans les orifices 44 du support 42 et dans les conduits des points de fixation 40 de la carcasse 28.
  • Les organes de fixation 46 sont par exemple des boulons.
  • En variante, les organes de fixation 46 sont des vis ou des rivets.
  • Dans les modes de réalisation représentés sur les figures 2 et 3, chaque point de fixation 40 comprend deux conduits sensiblement parallèles traversant, et le support 42 définit deux orifices 44 en regard de chaque point de fixation 40, chaque orifice 44 débouchant dans un des conduits. Chaque organe de fixation 46 comprend deux boulons sensiblement parallèles l'un à l'autre, engagés chacun dans un des orifices 44 et dans un des conduits. Ce mode de réalisation permet d'augmenter la raideur de la fixation du moteur 24 et d'en améliorer la sécurité.
  • Chaque réducteur 26 comprend le pignon d'entrée 48, coopérant avec la sortie du dispositif d'accouplement 30, et un pignon de sortie 50 solidaire de l'essieu 18. Le réducteur 26 transmet l'entrainement mécanique du dispositif d'accouplement 30 à l'essieu 18, ce qui permet au moteur 24 d'entrainer les roues 20 en rotation.
  • Chaque réducteur 26 est fixé au châssis 12 par un système de suspension respectif, présentant un unique degré de liberté vertical, c'est-à-dire permettant avantageusement des débattements du réducteur essentiellement selon la direction d'élévation Z-Z'.
  • Le système de suspension du réducteur 26 comprend par exemple une liaison pivot permettant une articulation du réducteur 26 en rotation par rapport au châssis 12, autour d'un axe sensiblement colinéaire à un axe central du dispositif d'accouplement 30, telle qu'une biellette 54 de rappel élastique.
  • L'articulation du réducteur 26 autour de l'axe central du dispositif d'accouplement 30 permet de minimiser les débattements relatifs du moteur 24 et du réducteur 26 au niveau de son pignon d'entrée 48, ce qui permet d'utiliser le dispositif d'accouplement 30 au lieu d'un arbre de type « tripode ».
  • Le réducteur 26 assure une transmission sensiblement linéaire de l'entrainement du moteur 24 jusqu'au roues 20, c'est-à-dire que le couple transmis aux roues 20 dépend sensiblement linéairement du couple généré par le moteur 24, sans non-linéarités au cours de la rotation comme c'est le cas avec un joint de Cardan.
  • Cela permet de réduire les pertes d'énergie dans la transmission.
  • De plus, le réducteur 26 ne comprend pas d'élément présentant de surface chromée, car aucun élément ne nécessite une dureté importante.

Claims (8)

  1. Bogie (10) de véhicule ferroviaire à grande vitesse, le bogie (10) comprenant :
    - un châssis (12) de bogie (10),
    - au moins une roue (20) montée de manière rotative sur le châssis (12) par l'intermédiaire d'un essieu (18) et d'un système de suspension primaire (22),
    - au moins un moteur (24),
    - pour chaque moteur (24), au moins un réducteur (26) propre à relier mécaniquement le moteur (24) et l'essieu (18),
    - chaque moteur (24) étant fixé au châssis (12) de manière rigide,
    chaque moteur (24) comprenant une carcasse (28) de protection et de fixation, la carcasse (28) définissant des points de fixation (40),
    caractérisé en ce que le moteur (24) est fixé au châssis (12) par des organes de fixation (46) rigides engagés dans les points de fixation (40) de la carcasse (28),
    la carcasse (28) définissant exactement quatre points de fixation (40) disposés de manière à former un rectangle entre eux.
  2. Bogie (10) selon la revendication 1, dans lequel la carcasse (28) définit au moins :
    - deux points de fixation (40) situés au-dessus d'un plan médian du châssis (12) sensiblement perpendiculaire à une direction d'élévation du châssis (12), et
    - deux autres points de fixation (40) situés en-dessous du plan médian du châssis (12).
  3. Bogie (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le réducteur (26) est propre à transmettre un couple généré par le moteur (24) jusqu'à l'essieu (18) de manière sensiblement linéaire.
  4. Bogie (10) selon la revendication 3, dans lequel chaque réducteur (26) est suspendu au châssis (12) par un système de suspension présentant un unique degré de liberté orienté essentiellement selon une direction d'élévation (Z-Z') du châssis (12).
  5. Bogie (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le réducteur (26) est dépourvu d'élément comprenant une surface présentant une couche de chrome.
  6. Bogie (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le bogie (10) comprend un dispositif d'accouplement (30) qui lie mécaniquement le moteur (24) au réducteur (26), le dispositif d'accouplement (30) comprenant un accouplement à denture bombée.
  7. Bogie (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque moteur (24) présente une masse supérieure ou égale à 900 kg de préférence 1100 kg.
  8. Véhicule ferroviaire à grande vitesse comprenant au moins un bogie (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, le véhicule ferroviaire étant propre à se déplacer à des vitesses supérieures ou égales à 300 km/h lors de phases de déplacement à grande vitesse.
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