FR2526741A1 - Boggie renforce, et ensemble et procede de stabilisation de boggie - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES BOGGIES. ELLE SE RAPPORTE A UN BOGGIE AYANT DEUX LONGERONS 22, 24 ET DEUX ESSIEUX 26, 28. SELON L'INVENTION, UN DISPOSITIF D'ENTRETOISEMENT COMPORTANT DEUX TIRANTS 50 EST DISPOSE ENTRE LES LONGERONS 22, 24, LES EXTREMITES DES TIRANTS ETANT MAINTENUES PAR DES ORGANES ELASTIQUES. LE BOGGIE A UNE VALEUR ELEVEE DE RIGIDITE TRANSVERSALE SI BIEN QUE LA VITESSE CRITIQUE DU BOGGIE EST TRES ELEVEE. APPLICATION A L'AUGMENTATION DE LA STABILITE DES BOGGIES DES WAGONS DE CHEMINS DE FER.

Description

La présente invention concerne les boggies des

véhicules sur rails et en particulier un appareil des-

tiné à augmenter leur stabilité.

On sait évidemment réaliser des véhicules sur rails comportant deux boggies placés aux extrémités oppo- sées du véhicule et destinés à supporter la caisse du

véhicule Habituellement, ces boggies comportent deux es-

sieux et ils sont articulés sur la caisse du véhicule afin qu'ils puissent négocier des virages Un boggie courammrient utilisé comporte deux longerons et deux essieux dispose'úS entre les longerons, entre les extrémités opposées Les essieux sont supportés afin qu'ils puissent tourner autur d'un axe horizontal permettant le roulement du boggie le

long des rails Ces longerons sont raccordés par une tra-

verse montée sur les longerons par l'intermédiaire d'un

jeu de ressorts permettant l'encaissement des charges velu-

ticales et, dans une certaine mesure,latérales La tra-

verse est articulée sur le véhicule afin que celui-ci soit

associé au boggie La traverse peut être décalée vertica-

lement par rapport aux longerons dans des glissières qui donnent une certaine liberté de déplacement vertical mais non longitudinal Les forces longitudinales peuvent donc être transmises entre la traverse et les longerons Le raccordement de la traverse sur les longerons permet à chacun de ceux-ci de pivoter par rapport à la traverse autour d'un axe horizontal, et permet ainsi aux roues de se déplacer verticalement les unes par rapport aux autre'-, Le boggie peut donc se déplacer sur une voie irrégulière tout en assurant une bonne répartition de la charge entre

les quatre roues.

Cette disposition de boggie exerce des contrain tes très rigides contre tous les déplacements déphasés de lacet des jeux de roues (c'est-à-dire qu'il assure

le maintien des jeux de roues parallèles l'un à l'autre).

Cependant, cet arrangement ne présente que de très faibles contraintes à un déplacement en phase de lacet dans lequel les jeux de roues restent parallèles l'un à l'autre mais

ne sont pas perpendiculaires aux longerons Ce déplace-

ment en phase de lacet est une déformation en losange et donne deux caractéristiques indésirables D'abord, une condition d'instabilité constituant un flottement peut apparaître, les déplacements de lacet s'effectuant d'une manière oscillante continue en étant excités par

l'action des roues contre les rails Un tel mouvement aug-

mente l'usure des roues et des rails, introduit des chocs importants transmis aux rails et à la caisse du véhicule et, dans des cas extrêmes, peut provoquer un déraillement

du véhicule.

La seconde action se manifeste dans les courbes.

Lorsque le véhicule parcourt une courbe de-rayon suffisam-

ment faible pour que le jeu antérieur de roues vienne au contact du rail externe par son rebord, le jeu de roues subit un couple de lacet qui le fait tourner vers le rail externe L'angle d'attaque de l'essieu avant par rapport aux rails est alors très élevé et on sait que ces angles

d'attaque élevés provoquent une usure et un bruit impor-

tants et font apparaître des forces très élevées, et éven-

tuellement provoquent un déraillement.

Une solution de ce problème de la mise en losange est l'utilisation de boggies ayant un châssis rigide en

H Dans ce type de construction, la traverse et les longe-

rons sont solidaires si bien qu'un déplacement longitudinal relatif des longerons n'est pas possible De tels châssis

sont extrêmement rigidessi bien que leur aptitude à per-

mettre un déplacement vertical-des essieux n'est pas grande

et, de façon surprenante, ils ont une vitesse critique, -

c'est-à-dire une vitesse à laquelle apparaît une instabi-

lité, qui est relativement faible.

On a aussi suggéré l'utilisation de tirants pla-

cés en diagonale entre les longerons, sous forme rivetée

aux longerons à des emplacements distants Cette construc-

tion est aussi rigide essentiellement et présente donc les inconvénients de la faible stabilité présentée par les boggiesà châssis en H.

On a aussi proposé l'utilisation de tirants pla-

cés en diagonale entre les boites d'essieux Cependant, cet arrangement est compliqué par le déplacement des boftes d'essieux par rapport aux longerons et augmente la masse non suspendue du véhicule De plus, l'arrangement ne peut

être utilisé commodément que sur les boggies dans les-

quels les longerons sont placés vers l'intérieur des roues, car les tirants placés en diagonale ont tendance à être trop proches des roues lorsque les longerons sont placés dans la position externe classique La structure utilisée pour l'entretoisement des essieux est donc compliquée et

la masse non suspendue augmente encore.

L'invention concerne un boggie ne présentant pas, au moins d'une manière aussi aiguë, les inconvénients

précités.

Selon l'invention, un boggie comporte deux lon-

gerons espacés latéralement, deux essieux placés entre

les longerons aux extrémités opposées de ceux-ci et sup-

portés chacun afin qu'ils puissent tourner autour d'un axe transversal horizontal,et un dispositif d'entretoisement

placé entre les longerons afin qu'il s'oppose à leur dépla-

cement longitudinal relatif, ce dispositif d'entretoise-

ment comportant au moins un tirant incliné par rapport à l'axe longitudinal du boggie, chaque tirant étant fixé aux longerons par des dispositifs élastiques donnant une

flexibilité réglée au cisaillement au boggie.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mieux compris à la lecture de la description

qui va suivre d'exemples de réalisation et en référant -

aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale d'un boggie selon l'invention; la figure 2 est une vue de dessous du boggie représenté sur la figure 1; la figure 3 est un détail en coupe d'une partie du boggie de la figure 2; et la figure 4 est un graphique représentant la

relation entre la rigidité au lacet et la rigidité laté-

rale dans le cas d'un boggie donné.

Sur les dessins, un boggie 20 comporte deux lon-

gerons 22 et 24 portant deux jeux de roues 26 et 28 Cha-

que jeu a deux roues 30 à rebord fixées sur un essieu 32

dont les extrémités sont supportées par des boîtes d'es-

sieux 34 Ces dernières sont fixées dans des étriers 36 formés à chaque extrémité des longerons 22 et 24 afin que les essieux puissent tourner autour d'un axe sensiblement horizontal par rapport aux longerons 22 et 24 Un patin élastomère 37 est placé entre chaque boîte d'essieux 34 et l'étrier 36 et constitue une suspension primaire de l'essieu tout en permettant un déplacement réglé limité

des jeux des roues par rapport à une position de parallé-

lisme.

Une traverse 38 est placée entre les longerons 22 et 24 et passe par une ouverture 40 formée dans la partie centrale de chaque longeron Les extrémités de la traverse

38 sont supportées par un ensemble 42 de ressorts permet-

tant un déplacement vertical mutuel de la traverse 38 et des longerons 22 et 24, et ces extrémités sont en appui contre des glissières 44 solidaires des bords verticaux des ouvertures 40 afin que la traverse puisse se déplacer verticalement mais non longitudinalement par rapport aux

longerons.

Deux joues 48 sont soudées aux longerons 22 et

24 entre les étriers 36 Ces joues 48 sont à la même dis-

tance de l'axe central du boggie et sont inclinées par -

rapport à l'axe longitudinal du boggie Deux tirants 50 sont disposés entre les joues diagonalement opposées 48 afin que ces tirants se recoupent sur l'axe central du boggie Les tirants sont maintenus dans les joues 48 d'une manière repésentée plus clairement sur la figure 3 Chaque

tirant 50 a une partie 52 de diamètre réduit à chaque ex-

trémité, aboutissant à une partie filetée 54 Un trou 56 est formé dans la joue 18 avec un diamètre supérieur à celui de la partie 52 Deux éléments élastomères rapportés 58 sont placés entre la partie 52 et la paroi du trou 56

et ils ont chacun un épaulement radial 60 qui est en ap-

pui contre une face de la joue 48 Des rondelles 62 sont montées sur la partie 52 afin qu'elles soient au contact des faces externes des éléments rapportés élastomères 58, et un écrou 64 est fixé à la partie filetée 54 afin que les épaulements 60 des éléments rapportés soient compr Ln Ir entre les rondelles 62 et les faces externes de la joue

48 Ces éléments rapportés 58 assurent donc un raccorde-

ment élastique des tirants 50 et de la joue 48, et ils donnent une flexibilité réglée entre les longerons du boq gie Les tirants 50 sont fixés mutuellement à leur point d'intersection par *une manille 66 empêchant une vibration

verticale des tirants 50.

Lors du fonctionnement, les tirants 50 s'opposera à la déformation en losange des longerons, c'est-à-dire à un déplacement longitudinal relatif des longerons, mais étant donné leur raccordement élastique et leur flexibilité

à la flexion, ils n'introduisent pas une rigidité exces-

sive qui pourrait empêcher le déplacement vertical mutuel des jeux 26 de roues Les éléments élastomères rapportés sont choisis afin qu'ils donnent la flexibilité voulue au cisaillement dans le boggie afin que celui-ci ait une configuration dynamiquement stable Les éléments rapportée

ou patins 37 facilitent l'obtention de la flexibilité op-

timale, mais la contribution essentielle est due aux élé-

ments rapportés 58.

La figure 4 représente un exemple de familles de courbes correspondant à un boggie déterminé, montrant

la relation entre la rigidité du boggie et la vitesse cri-

tique, c'est-à-dire la vitesse à laquelle le boggie pré-

sente une instabilité Le paramètre KB représente la résl-te tance au déplacement déphasé de lacet entre les essieux, c'est-à-dire la résistance présentée à un couple tendant à écarter les jeux de roues de leur état parallèle La rigidité KS représente la rigidité présentée à une force tendant à déplacer latéralement l'un des jeux de roues 26 par rapport à l'autre La relation entre les paramètres KB et KS est déterminée par les dimensions du boggie, la disposition des tirants 50 et l'élasticité des éléments

élastomères rapportés 58 Les courbes Vl, V 2, V 3 etc re-

présentent des vitesses critiques caractéristiques aux- quelles un boggie ayant une rigidité de lacet KB(n) et une rigidité latérale KIS(n) se trouvant sur la courbe caractéristique Vn a une vitesse critique Vn Audelà

de cette vitesse, le boggie prend une instabilité propre.

Il faut noter qu'une courbe V reliant les cols des courbes caractéristiques représente la vitesse maximale

du boggie avant qu'une instabilité apparaisse En consé-

quence, la sélection des valeurs des paramètres KS et KB se trouvant sur la courbe V M permet l'obtention d'une vitesse critique maximale pour le boggie Les courbes sont sous-tendues par une droite ayant une valeur Ks = a 2 K Bt

a représentant la moitié de la distance séparant les es-

sieux 26 et 28 En pratique, on peut montrer que, dans

le cas d'un boggie dont les jeux de roues ne sont pas di-

rectement couplés, on a K < -2 K La configuration des S a 2 K Lcofgrtode

tirants 50 et la rigidité des éléments rapportés 58 peu-

vent donc être choisies afin que la vitesse critique obte-

nue soit maximale.

Les courbes caractéristiques placées au-delà

de la courbe VC MAX ont chacune une vitesse critique inf 6-

rieure à Vc MAX' En conséquence, un boggie rigide par exem-

ple ayant un châssis en H ou des tirants rivetés, a une vitesse critique faible qui explique l'instabilité de ces boggies De même, un boggie ayant une flexibilité élevée; tel que les boggies classiques à trois éléments, a aussi une faible vitesse critique Cependant, l'introduction de manchons élastiques donnant une flexibilité réglée au cisaillement permet la réalisation d'un boggie ayant la

vitesse critique voulue.

Au cours d'essais réalisés, un boggie "Barber"

type 52 est modifié par utilisation de la structure repré-

sentée sur les dessins Les tirants 50 sont inclinés de

manière qu'ils fassent un angle de 660 avec l'axe longi-

tudinal du boggie, et les éléments rapportés 58 sont pré-

parés à partir d'une matière élastomère dont la dureté

au duromètre est de 70 Les éléments rapportés ont un dia-

mètre externe de 76 mm si bien qu'un anneau de matière ayant une surface d'environ 38,7 cm 2 et une épaisseur de mm se trouve entre les rondelles 62 et la joue 48 La longueur des tirants, mesurée entre les rondelles 62, est de 210 cm, et les tirants sont formés d'acier à faible

teneur en carbone, ayant un diamètre externe de 51 mm.

Les éléments rapportés 58 sont montés sur les tirants 50 et la joue 48 et donnent une rigidité de 4 107 N/m, mesurée suivant l'axe du tirant Avec cet arrangement, la rigidité du boggie est portée d'une valeur de 2 105 N/m pour K

à une valeur de 2 10 N/m On calcule que la vitesse cri-

tique du boggie est portée de 50 à 120 km/h (les effets

de l'amortissement par frottement étant négligés).

Il apparaît que la structure décrite peut être adaptée d'une manière particulièrement commode aux boggies

existants afin que leur vitesse critique et leur compor-

tement dans les courbes soient améliorés Un tel montage à posteriori peut être réalisé par simple addition des

joues 48 aux longerons ou par utilisation de trous exis-

tants dans les longerons des boggies le cas échéant La

rigidité donnée aux boggies peut être modifiée par sélec-

tion de la matière élastomère et des dimensions des élé-

ments rapportés 58 La rigidité KB n'est pas affectée gran-

dement par le montage ultérieur des tirants 50 et la valeur existante du paramètre KB peut donc limiter l'augmentation de la vitesse critique qui peut être obtenue par simple montage ultérieur, à une valeur inférieure à VC MAX

Ainsi, les inconvénients présentés par les bog-

gies connus sont supprimés, au moins en partie, d'une ma-

nière simple et commode Bien que, dans le mode de réali-

sation décrit, les tirants 50 soient disposés sous la tra-

verse 38-, ils peuvent aussi le cas échéant passer par des ouvertures formées dans la traverse De cette manière, les tirants peuvent être placés près de l'axe de rotation du jeu de roues et peuvent réduire au minimum la tendance

à la torsion des longerons autour de leurs axes longitu-

dinaux Le montage des blocs élastomères 37 contribue aus-

si à l'amélioration des caractéristiques du boggie L'ef- fet de ces blocs est de réduire le paramètre KB et on note sur la figure 4 qu'une réduction de ce paramètre permet

une réduction de la vitesse critique Cependant, un gra-

phique analogue représentant les courbes caractéristiques de l'angle d'attaque montre qu'une réduction du paramètre

KB réduit l'angle d'attaque et augmente donc les caracté-

ristiques de comportement du boggie en courbe Le mon-

tage des tirants 50 augmente alors la valeur du paramètre K sans affecter excessivement le paramètre KBY si bien

que la vitesse critique obtenue est accrue, les caracté-

ristiques de comportement en courbe étant cependant con-

servées. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre

d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'in-

vention.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1 Boggie, du type qui comprend deux longerons ( 22,

24) distants latéralement et deux essieux ( 26, 28) pla-

cés entre les longerons à leurs extrémités opposées et supportés afin qu'ils tournent autour d'un axe horizontal transversal, ledit boggie étant caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'entretoisement placé entre les

longerons ( 22, 24) et destiné à s'opposer à leur ddplac'-

ment longitudinal relatif, le dispositif d'entretoisemeni-

comportant au moins un tirant ( 50) incliné par rapport à l'axe longitudinal du boggie et fixé aux longerons ( 22, 24) par des dispositifs élastiques ( 58) donnant une f 3 exi

bilité réglée au cisaillement au boggie.

2 Boggie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'entretoisement comporte deux tirants ( 50) qui se recoupent sur l'axe longitudinal du boggie. 3 Boggie selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tirants ( 50) passent par des ouvertures ( 56 i formées dans les longerons ( 22, 24), et les dispositifs élastiques ( 58) sont placés entre les tirants ( 50) et les

longerons ( 22, 24) dans la région des ouvertures.

4 Boggie selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tirants ( 50) sont raccordés à leur point

d'intersection.

Boggie selon l'une quelconque des revendicationr 1 à 3, caractérisé en ce que des blocs élastomères ( 37) sont placés entre les eslieux ( 26, 28) et les lonqerons

( 22, 24)

6 Boggie selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la flexibilité du boggie est

choisie afin qu'il possède une vitesse critique maximale.

7 Boggie, du type qui comprend deux longerons ( 22, 24) distants latéralement et deux essieux ( 26, 28) placés entre les longerons aux extrémités opposées de ceux-ci,

caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'entretoi-

sement ( 50) monté entre les longerons ( 22, 24) et destiné à donner des valeurs prédéterminées de la rigidité au lacet et de la rigidité latérale du boggie, ces valeurs prédéterminées étant choisies afin qu'elles se trouvent sur une courbe caractéristique qui représente la vitesse critique maximale du boggie sur un graphique représentant les variations de la rigidité au lacet en fonction de la

rigidité latérale.

8 Boggie selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif d'entretoisement comporte deux

tirants ( 50) disposés entre les longerons ( 22, 24).

9 Boggie selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tirants ( 50) sont inclinés également et en

sens opposéspar rapport aux longerons ( 22, 24).

Boggie selon la revendication 97 caractérisé en ce que des organes élastomères ( 58) sont disposés entre les longerons ( 22, 24) et les tirants ( 50) afin qu'ils donnent les valeurs prédéterminées de la rigidité au lacet

et de la rigidité latérale.

11 Boggie selon la revendication 10, caractérisé en ce que les tirants sont supportés par des joues ( 38)

dépassant sous les longerons ( 22, 24) et les organes élas-

tomères ( 58) sont logés entre les joues ( 38) et les tirants

( 50),

12 Boggie selon la revendication 11, caractérisé en ce que les joues ( 38) sont disposées afin qu'elles soient

perpendiculaires à l'axe longitudinal des tirants ( 50).

13 Ensemble de stabilisation destiné à transformer un boggie ayant deux longerons ( 22, 24) et des essieux

transversaux ( 26, 283 supportés aux extrémités des longe-

rons, ledit ensemble étant caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'entretoisement ( 503 destiné à être monté entre les longerons ( 22, 24) età être fixé élastiquement aux longerons, ce dispositif d'entretoisement comprenant deux tirants ( 50) ayant chacun des dispositifs élastomères ( 58) aux extrémités opposées afin que ceux-ci donnent une flexibilité réglée au cisaillement au boggie lorsqu'ils

y ont été montés.

il 14 Ensemble selon la revendication 13, caractérisé en ce que la flexibilité réglée est choisie afin que la valeur de la rigidité au lacet et la valeur de la rigidité

latérale du boggie se trouvent sur la courbe caractéris-

tique donnant la vitesse maximale sur un graphique repré-

sentant les variations-de la rigidité au lacet en fonc-

tion de la rigidité latérale.

Ensemble selon l'une des revendications 13 et

14, caractérisé en ce qu'il comprend des blocs élastomères ( 37) destinés à être disposés entre les essieux ( 26, 28)

et les longerons ( 22, 24).

16 Procédé de stabilisation d'un boggie ayant deux longerons ( 22, 24) distants latéralement et deux essieux ( 26, 28) montés aux extrémités opposées des longerons, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la

sélection de valeurs de la rigidité au lacet et de la rigi-

dité latérale sur une courbe caractéristique donnant la vitesse critique maximale sur un graphique représentant la variation de la rigidité au lacet en fonction de la

rigidité latérale, et le montage d'un dispositif d'entretoi-

sement ( 50) entre les longerons 122, 24) afin que la rigi-

dité au lacet et la rigidité latérale du boggie aient les

valeurs choisies.

17 Procédé de stabilisation d'un boggie existant, comprenant deux longerons ( 22, 24) distants latéralement et deux essieux ( 26, 28) montés aux extrémités opposées des longerons, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la détermination des valeurs existantes de la rigidité au lacet et de la rigidité latérale, la sélection d'une valeur accrue de la rigidité latérale au moins, et le montage d'un dispositif d'entretoisement ( 50) entre les longerons ( 22, 24) afin que la rigidité latérale ait

la valeur accrue.

18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la valeur accrue de la rigidité latérale est choisie afin qu'elle soit proche d'une courbe représentant

la limite de K = 1 KB sur un graphique donnant les varia-

tions de KS en fonction de KB, KS étant la résistance pré-

sentée à une force tendant à déplacer latéralement les essieux ( 26, 28) l'un par rapport à l'autre et KB étant la résistance au déplacement déphasé de lacet des essieux, a représentant la moitié de la distance séparant les es-

sieux ( 26, 28).

19 Procédé selon l'une des revendications 17 et

18, caractérisé en ce qu'il comprend la disposition de blocs élastomères ( 37) entre les essieux ( 26, 28) et les

longerons ( 22, 24).