FR2776609A1

FR2776609A1 - Cruciform pivot crosspiece for railway vehicles

Info

Publication number: FR2776609A1
Application number: FR9803694A
Authority: FR
Inventors: Luc Hector Coppens; Benoit Masson
Original assignee: ANF Industrie
Current assignee: ANF Industrie
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-01
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: FR2776609B1

Abstract

The pivot crosspiece (4) which connects the pivot of a bogie to the railway vehicle chassis side frames (5) is in the form of a cross with four arms in the horizontal plane. The ends of the arms are connected to the side frames and the cross center is connected to the bogie pivot.

Description

Traverse-pivot cruciforme pour véhicules ferroviaires ou analogues, etCross head pivot for railway or similar vehicles, and

véhicules équipés d'une telle traverse-pivot La présente invention concerne une traverse-pivot pour véhicules ferroviaires ou de transport urbain, ou analogue. Une traverse-pivot a pour fonctions principales: la transmission des charges appliquées à la caisse vers le bogie, la rotation relative de la caisse par rapport au bogie, The present invention relates to a pivot crosspiece for railway or urban transport vehicles, or the like. The main functions of a cross-member are: the transmission of loads applied to the body to the bogie, the relative rotation of the body with respect to the bogie,

et la transmission des efforts d'accélération et de freinage du bogie vers la caisse. and the transmission of the acceleration and braking forces from the bogie to the body.

Les traverses-pivots des véhicules ferroviaires ou analogues sont placées au-dessus des bogies. Elles sont The pivot beams of railway vehicles or the like are placed above the bogies. They are

classiquement réalisées sous forme de poutres transversales par rapport à l'axe longitudinal des véhicules et, de ce fait, elles ne participent pas à la20 raideur en flexion verticale de la caisse. conventionally produced in the form of transverse beams with respect to the longitudinal axis of the vehicles and, therefore, they do not participate in the stiffness in vertical bending of the body.

Le déplacement vertical dû à la flexion propre de la traverse-pivot mis à part, on peut assimiler chaque face d'une caisse de véhicule à une poutre à deux appuis. L'effort tranchant dû à une charge verticale25 répartie sur le plancher de la caisse est maximum au droit de la traverse-pivot. Cet effort sollicite le battant de pavillon et le brancard et génère un déplacement supplémentaire dans le cas o une porte est située à proximité de la traverse-pivot.30 De plus, la position transversale des traversespivots classiques ne facilite pas le cheminement des efforts de traction-compression (liés à l'accélération et au freinage) dans le châssis. Enfin, ce type de traverse-pivot ne convient pas toujours pour un bogie mono- essieu, car les -2- affaissements des suspensions font interférer les roues Apart from the vertical displacement due to the own bending of the cross-pivot, each side of a vehicle body can be likened to a beam with two supports. The shearing force due to a vertical load25 distributed over the floor of the body is maximum in line with the cross-pivot. This effort solicits the wing and the stretcher and generates an additional displacement in the case where a door is located near the pivot crosspiece.30 In addition, the transverse position of the conventional pivot crosspieces does not facilitate the tracking of the traction forces -compression (related to acceleration and braking) in the chassis. Finally, this type of pivot-crossmember is not always suitable for a single-axle bogie, because the sagging of the suspensions makes the wheels interfere

avec le volume qui pourrait être utilisé par la traverse-pivot, ce qui conduit à une réduction de la hauteur de la traverse-pivot et donc à un5 épaississement des semelles (pour avoir une inertie en flexion suffisante). with the volume which could be used by the pivot-cross member, which leads to a reduction in the height of the pivot-cross member and therefore to a thickening of the flanges (to have sufficient inertia in bending).

Le but de la présente invention est de proposer une nouvelle forme de traverse-pivot qui ne présente pas les inconvénients mentionnés cidessus.10 L'invention atteint son but grâce à une traverse- pivot en forme de croix à quatre bras placés dans le plan horizontal, les extrémités étant agencées pour être raccordées aux longerons de la caisse, et le centre de la croix étant agencé pour être raccordé au The object of the present invention is to propose a new form of pivot-cross which does not have the drawbacks mentioned above. The invention achieves its object by means of a cross-pivot in the form of a cross with four arms placed in the horizontal plane. , the ends being arranged to be connected to the side members of the body, and the center of the cross being arranged to be connected to the

pivot du bogie.bogie pivot.

Avantageusement, le centre de la croix est formé par un disque de liaison avec le pivot, surmonté d'un bloc parallélépipédique sur l'épaisseur duquel sont pris les bras.20 Une des faces verticales dudit bloc comporte avantageusement des supports d'articulation d'une barre Advantageously, the center of the cross is formed by a disc connecting with the pivot, surmounted by a parallelepiped block on the thickness of which the arms are taken.20 One of the vertical faces of said block advantageously includes articulation supports of a bar

d'attelage. Les sections des bras peuvent diminuer au fur et à mesure de leur éloignement du centre. hitch. The arm sections can decrease as they move away from the center.

Les bras présentent de préférence à leurs extrémités un élargissement horizontal de raccordement aux longerons. L'invention concerne aussi un véhicule ferroviaire ou analogue, comportant une caisse supportée par au moins un bogie au moyen d'une traverse-pivot cruciforme telle que mentionné ci-dessus, et notamment un véhicule The arms preferably have at their ends a horizontal widening of connection to the side members. The invention also relates to a railway vehicle or the like, comprising a body supported by at least one bogie by means of a cruciform pivot-cross as mentioned above, and in particular a vehicle.

au moins un bogie mono-essieu. Avantageusement, deux des quatre bras de la traverse supportent l'extrémité d'un moteur de traction. at least one single-axle bogie. Advantageously, two of the four arms of the cross member support the end of a traction motor.

-3 - Les avantages de la traverse-pivot conforme à l'invention, pour une masse du même ordre de grandeur qu'une traverse-pivot classique, sont les suivants:. Participation de la traverse-pivot à la raideur en flexion verticale de la caisse, et donc diminution significative de la flèche de la caisse et des déformées des diagonales des baies et des portes. Le déplacement vertical dû à la flexion propre de la traverse-pivot mis à part, tout se passe comme si la10 caisse reposait sur quatre appuis par longeron au lieu de deux appuis pour une traverse-pivot classique. Aucun de ces quatre appuis ne se trouve au droit d'une ouverture de porte. Cheminement plus progressif des efforts de compression ou de traction-freinage entre la croix et les longerons, Aucune interférence avec les roues d'un bogie mono- essieu, même en cas d'affaissement des suspensions,20. Réduction significative du nombre de traverses dans le châssis, puisque le plancher peut reposer directement sur le plancher, d'o un gain de masse important. A titre d'ordre de grandeur du gain de masse obtenu conformément à l'invention, on indiquera que la structure nue d'une caisse en acier avec traverse-pivot classique pèse environ 3500 kg, que la structure nue d'une caisse en aluminium avec traverse-pivot classique pèse environ 3000 kg, et que la structure nue d'une30 caisse en acier avec traverse-pivot de l'invention pèse environ 3000 kg, c'est-à-dire le même poids qu'une The advantages of the pivot crosspiece according to the invention, for a mass of the same order of magnitude as a conventional pivot crosspiece, are the following :. Participation of the pivot-cross member in the stiffness in vertical bending of the body, and therefore significant reduction in the deflection of the body and the deformations of the diagonals of the bays and doors. Apart from the vertical displacement due to the proper bending of the cross-pivot, everything happens as if the body rested on four supports per spar instead of two supports for a conventional cross-pivot. None of these four supports is located to the right of a door opening. More progressive tracking of compression or traction-braking forces between the cross and the side members, No interference with the wheels of a single-axle bogie, even in the event of the suspension sagging, 20. Significant reduction in the number of cross members in the chassis, since the floor can rest directly on the floor, resulting in a significant gain in mass. As an order of magnitude of the mass gain obtained in accordance with the invention, it will be indicated that the bare structure of a steel body with conventional pivot-cross member weighs approximately 3500 kg, that the bare structure of an aluminum body with conventional pivot crosspiece weighs approximately 3000 kg, and the bare structure of a steel box with pivot crosspiece of the invention weighs approximately 3000 kg, i.e. the same weight as a

caisse en aluminium mais avec la rigidité d'une caisse en acier. aluminum body but with the rigidity of a steel body.

-4--4-

L'invention sera mieux comprise grâce à la description suivante, se référant aux dessins annexés The invention will be better understood from the following description, referring to the accompanying drawings

sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques respectivement de côté et de dessus (partie supérieure de caisse non représentée) d'un véhicule ferroviaire à bogies à deux essieux et traverse-pivot de l'art antérieur, - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques respectivement de côté et de dessus in which: - Figures 1 and 2 are schematic side and top views respectively (upper body part not shown) of a railway vehicle with bogies with two axles and pivot-cross member of the prior art, - the figures 3 and 4 are schematic side and top views respectively

(partie supérieure de caisse non représentée) d'un véhicule ferroviaire à bogies mono-essieu et traverse- (upper body part not shown) of a railway vehicle with single-axle bogies and cross-member

pivot de l'art antérieur, - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques respectivement de côté et de dessus pivot of the prior art, - Figures 5 and 6 are schematic side and top views respectively

pivot conforme à l'invention, - la figure 7 est une vue en perspective de la traverse-pivot de l'invention, - la figure 8 est une vue en perspective de la traverse-pivot de l'invention intégrée dans la caisse d'un véhicule ferroviaire, représenté seulement en partie,25 - la figure 9 est une vue en perspective de la traverse- pivot de l'invention intégrée dans la caisse d'un véhicule ferroviaire, représenté seulement en partie, avec implantation d'un moteur, -les figures 10 et 11 sont des vues de dessus de deux véhicules attelés, munis de traverses-pivots respectivement conforme à l'invention et conforme à l'art antérieur. Les figures 1 à 4 illustrent l'art antérieur. Le véhicule 1 comprend une caisse 2 composée de brancards ou longerons 5 et de battants de pavillon 6, entre lesquels sont disposées verticalement les portes 7 et les baies 8. Les battants de pavillon 6 soutiennent le toit de la caisse, et sur et entre les longerons 5 sont montées des traverses 9 qui soutiennent le plancher. La5 caisse 2 est supportée vers ses extrémités par deux bogies 3 par l'intermédiaire d'un pivot (désignant ici pivot according to the invention, - Figure 7 is a perspective view of the pivot-cross member of the invention, - Figure 8 is a perspective view of the pivot-cross member of the invention integrated in the body of a railway vehicle, represented only in part, FIG. 9 is a perspective view of the pivot-cross member of the invention integrated in the body of a railway vehicle, represented only in part, with the installation of an engine, FIGS. 10 and 11 are top views of two coupled vehicles, fitted with pivot crosspieces respectively according to the invention and according to the prior art. Figures 1 to 4 illustrate the prior art. The vehicle 1 comprises a body 2 made up of stretchers or side rails 5 and wing wings 6, between which the doors 7 and the bays are arranged vertically. The wing wings 6 support the roof of the body, and on and between the longitudinal members 5 are mounted cross members 9 which support the floor. La5 body 2 is supported towards its ends by two bogies 3 by means of a pivot (here denoting

toute liaison pivotante classique telle que couronne à bille) non représenté porté par une traverse-pivot 4, affectant la forme d'une traverse à section10 rectangulaire épaisse, disposée transversalement. any conventional pivoting link such as a ball crown) not shown carried by a pivot-cross 4, affecting the shape of a cross with a thick rectangular section 10, arranged transversely.

Sur les figures 1 et 2, le bogie 3 est à deux essieux 12, tandis que sur les figures 3 et 4, le bogie 3 est à un seul essieu 13. Dans ce cas, il est clair In FIGS. 1 and 2, the bogie 3 has two axles 12, while in FIGS. 3 and 4, the bogie 3 has only one axle 13. In this case, it is clear

que la superposition de l'essieu 13 et de la traverse- that the superposition of the axle 13 and the cross

pivot 4 conduit à un encombrement maximum de l'espace. La situation est encore aggravée dans le cas o, comme on l'a représenté sur les figures, il existe une porte 7 précisément au niveau de la traverse- pivot 4, ce qui réduit naturellement la résistance de la caisse dans cette zone. Or ce cas est de plus en plus fréquent dans les véhicules urbains, la tendance actuelle étant à la multiplication des portes dans les voitures afin d'accélérer les flux d'entrée et de sortie des voyageurs.25 La caisse 2, en appui sur ses deux pivots au niveau des traverses-pivots 4 est assimilable à une poutre sur deux appuis, et on a représenté en pointillés, de manière exagérée, la caisse déformée sous la charge, le repère 11 désignant la flèche30 verticale sous charge. La flèche verticale en milieu de caisse sous chargement maximal ne doit pas dépasser 1,5 pivot 4 leads to maximum space requirement. The situation is further aggravated in the case where, as shown in the figures, there is a door 7 precisely at the level of the cross-pivot 4, which naturally reduces the resistance of the body in this area. However, this case is more and more frequent in urban vehicles, the current trend being the multiplication of doors in cars in order to accelerate the entry and exit flows of travelers.25 The body 2, resting on its two pivots at the level of the cross-pivots 4 is comparable to a beam on two supports, and there has been shown in dotted lines, in an exaggerated manner, the body deformed under load, the reference 11 designating the vertical arrow under load. The vertical deflection in the middle of the body under maximum load must not exceed 1.5

pour mille de la distance entre pivots. Cette limite est difficile à respecter dans une caisse à traverses- pivots classiques et ouvertures nombreuses. per thousand of the distance between pivots. This limit is difficult to respect in a box with conventional pivot pins and numerous openings.

-6- On a représenté aux extrémités de la caisse 2 les barres d'attelage 10 destinées à relier entre elles deux voitures contiguës dans une rame. La barre d'attelage 10 assure la transmission des efforts5 longitudinaux de traction-freinage ainsi que les efforts transversaux de guidage d'une voiture à la suivante. Dans le cas des véhicules à deux essieux par bogie (figures 1, 2 et 11), la barre d'attelage relie les châssis des deux voitures contiguës au niveau de10 leur traverse d'extrémité respective, puisque les deux essieux de chaque bogie permettent leur inscription automatique dans la courbe. Dans le cas des véhicules sur bogies mono-essieu (figures 3, 4, 5, 6 et 10), la barre d'attelage doit impérativement relier les deux15 voitures contiguës à proximité de leurs centres respectifs de pivotement caisse-essieu, de manière à permettre une orientation optimale des essieux dans les voies courbées. Les figures 5 et suivantes illustrent un mode de réalisation de l'invention, particulièrement adapté aux bogies mono-essieu. La traverse-pivot 14 affecte la forme d'une croix à quatre bras 15 en forme de poutres reliant le centre 16 de la croix, support de pivot, à des extrémités 17 adaptées pour être raccordées aux25 longerons 5, pratiquement en bout de caisse d'un côté et au-delà de la porte 7 de l'autre côté, de manière à ne pas solliciter l'encadrement de porte situé au- dessus du bogie. Comme le montre plus en détail la figure 7, la traverse- pivot 14, avantageusement réalisée en assemblage métallique mécano-soudé, comprend un centre sous forme de disque 16, destiné à être situé à une certaine distance au-dessous du niveau du plancher de caisse, adapté à coopérer avec le pivot (couronne à35 billes du bogie), et surmonté d'un bloc -7parallélépipédique, comblant ladite distance et sur -6- There is shown at the ends of the body 2 the drawbars 10 for connecting together two adjoining cars in a train. The drawbar 10 ensures the transmission of the longitudinal traction-braking forces5 as well as the transverse forces for guiding one car to the next. In the case of vehicles with two axles per bogie (Figures 1, 2 and 11), the drawbar connects the chassis of the two adjoining cars at their respective end cross member, since the two axles of each bogie allow their automatic entry in the curve. In the case of vehicles with single-axle bogies (Figures 3, 4, 5, 6 and 10), the drawbar must imperatively connect the two adjacent cars near their respective axle-center pivot centers, so as to allow optimal axle orientation in curved tracks. Figures 5 and following illustrate an embodiment of the invention, particularly suitable for single-axle bogies. The pivot cross member 14 takes the form of a cross with four arms 15 in the form of beams connecting the center 16 of the cross, pivot support, at ends 17 adapted to be connected to the side rails 5, practically at the end of the body d 'one side and beyond the door 7 on the other side, so as not to stress the door frame located above the bogie. As shown in more detail in FIG. 7, the pivot-cross member 14, advantageously made of mechanically welded metal assembly, comprises a center in the form of a disc 16, intended to be situated at a certain distance below the level of the floor of body, adapted to cooperate with the pivot (crown with 35 balls of the bogie), and surmounted by a -7parallelepipedic block, bridging said distance and on

l'épaisseur duquel viennent se prendre les bras 15 dont l'épaisseur diminue en s'écartant du centre, jusqu'à leur élargissement horizontal d'extrémité 17 o ils se5 raccordent sur les longerons 5. the thickness of which the arms 15 come to take, the thickness of which decreases by deviating from the center, until their horizontal widening at the end 17 where they are connected to the longitudinal members 5.

Sur la face transversale du bloc 18 la plus proche de l'extrémité de caisse sont prévues des pattes horizontales parallèles 19 permettant le passage d'un axe vertical d'articulation de la barre d'attelage 1010 (figures 7 à 10). Les avantages de cette disposition dans le cadre d'un bogie mono-essieu sont les suivants Le point d'articulation de la barre d'attelage à la traverse-pivot 14 peut se situer à la fois à proximité du centre de pivotement caisse-essieu et dans un plan horizontal proche du plan du châssis de caisse, de telle sorte que les efforts longitudinaux de traction-freinage n'induisent qu'un faible moment de flexion dans la structure de caisse. Une telle20 disposition n'est pas possible sur une traverse-pivot classique de forme rectangulaire, qui conduit généralement à localiser l'articulation de la barre d'attelage à mi-hauteur entre la traverse-pivot 4 (figure 3) et l'essieu 13, o, de plus, l'encombrement de nombreuses pièces de liaison (suspensions, amortisseurs, butées,...) oblige à réaliser des pièces On the transverse face of the block 18 closest to the body end are provided parallel horizontal tabs 19 allowing the passage of a vertical axis of articulation of the drawbar 1010 (Figures 7 to 10). The advantages of this arrangement in the context of a single-axle bogie are as follows. The point of articulation of the drawbar to the cross-pivot 14 can be located both near the pivot center of the axle-body and in a horizontal plane close to the plane of the body chassis, so that the longitudinal traction-braking forces induce only a small bending moment in the body structure. Such an arrangement is not possible on a conventional pivot-cross member of rectangular shape, which generally leads to locating the articulation of the drawbar at mid-height between the pivot cross-member 4 (FIG. 3) and the axle. 13, o, moreover, the size of numerous connecting parts (suspensions, shock absorbers, stops, etc.) means that parts have to be produced

de fixation lourdes et de géométrie complexe. Il s'ensuit à nouveau un avantage de masse et de simplicité constructive pour la traverse-pivot30 cruciforme 14 de l'invention. heavy fixing and complex geometry. There again follows an advantage of mass and constructive simplicity for the cruciform cross-member30 of the invention.

Les efforts de traction-freinage inter-caisses, ainsi que ceux engendrés lors d'une collision ou d'un tamponnement éventuel de la rame sont diffusés dans l'entièreté de la structure via les bras 15 de la35 traverse-pivot, et cela sans engendrer de concentration -8- exagérée de contraintes mécaniques au niveau des liaisons avec les deux longerons et sans solliciter les encadrements des portes (zones faibles de la structure).5 La face supérieure des quatre bras 15 est coplanaire à la face supérieure des traverses 6 reliant les longerons 5 (cf. figure 8); de ce fait, il est possible d'y poser directement le plancher du véhicule sans avoir à ajouter de traverses supplémentaires.10 Comme le montre la figure 9, il est possible de mettre à profit l'espace libre dans l'angle formé entre deux bras 15 pour implanter un moteur 20. On sait que suivant le degré de motorisation de la rame, un nombre plus ou moins important d'essieux (50 à 100%) sont15 entraînés par des groupes moto-réducteurs, supportés généralement dans les châssis des bogies concernés. Il The inter-box traction-braking forces, as well as those generated during a collision or possible buffering of the train are diffused throughout the structure via the arms 15 of the pivot cross member, and this without generate exaggerated concentration -8- of mechanical stresses at the level of the connections with the two longitudinal members and without stressing the door frames (weak areas of the structure) .5 The upper face of the four arms 15 is coplanar with the upper face of the sleepers 6 connecting the side members 5 (see Figure 8); therefore, it is possible to put the vehicle floor directly on it without having to add additional sleepers.10 As shown in Figure 9, it is possible to take advantage of the free space in the angle formed between two arm 15 for implanting a motor 20. It is known that depending on the degree of motorization of the train, a greater or lesser number of axles (50 to 100%) are driven by geared motor groups, generally supported in the chassis of the bogies affected. he

s'ensuit pour ces bogies un accroissement significatif de masse, d'o un accroissement des charges dynamiques exercées sur la voie et, par conséquent, un20 endommagement accéléré de celle-ci ainsi que la génération de vibrations nuisibles à l'environnement. ensues for these bogies a significant increase in mass, hence an increase in the dynamic loads exerted on the track and, consequently, an accelerated damage of the latter as well as the generation of vibrations harmful to the environment.

Une solution à ce problème consiste à fixer les moteurs de traction aux châssis des caisses de manière à profiter du filtrage dynamique offert par les25 suspensions verticales entre caisse et bogies. La masse dite "non suspendue" d'un bogie moteur est ainsi réduite. La traverse-pivot de l'invention présente dans ce cas les avantages suivants:. une configuration et un encombrement qui permettent au moteur de traction 20 de se loger à proximité immédiate de l'essieu entraîné, d'o une transmission mécanique (généralement un arbre à cardans) réduite en termes de longueur et de masse; une configuration et des propriétés de résistance et de rigidité qui permettent une fixation -9- directe de l'une des deux extrémités du moteur à la traverse-pivot (comme montré figure 9), minimisant One solution to this problem consists in fixing the traction motors to the chassis of the bodies so as to take advantage of the dynamic filtering offered by the 25 vertical suspensions between body and bogies. The so-called "unsprung" mass of a motor bogie is thus reduced. The pivot-cross member of the invention has the following advantages in this case :. a configuration and a space requirement which allow the traction motor 20 to be housed in the immediate vicinity of the driven axle, hence a mechanical transmission (generally a cardan shaft) reduced in terms of length and mass; a configuration and strength and stiffness properties which allow direct attachment of one of the two ends of the motor to the pivot crossmember (as shown in FIG. 9), minimizing

ainsi les structures additionnelles de supportage. thus the additional support structures.

- 10 -- 10 -

Claims

1. Traverse-pivot (14) intended to connect the pivot of a bogie to the side members (5) of the chassis of a railway vehicle or the like, characterized in that it is in the form of a cross with four arms (15) placed in the horizontal plane, the ends of the arms (15) being arranged to be connected to the side members (5) of the body, and the center (16) of the cross being

arranged to be connected to the bogie pivot.

2. Traverse-pivot according to claim 1, characterized in that the center of the cross is formed

by a disc (16) connecting with the pivot, surmounted by a parallelepipedal block (18) on the thickness of which the arms (15) are taken.

3. Traverse pivot according to claim 2, characterized in that one of the vertical faces of said

block (16) comprises supports (19) for articulation of a drawbar (10).

4. Traverse pivot according to any one of the preceding claims, characterized in that the

sections of the arms (15) decrease as they move away from the center.

5. Traverse pivot according to any one of the preceding claims, characterized in that the

arms (15) have at their ends a

horizontal widening (17) for connection to the side members (5).

6. Railway vehicle or the like, comprising a body supported by at least one bogie by means of a pivot-cross member, characterized in that the

pivot-crosspiece (14) according to any one of the preceding claims.

7. Vehicle according to claim 6, characterized in that the bogie is single-axle (13).

8. Vehicle according to any one of claims 6 or 7, characterized in that two of the

four arms (15) of the pivot crosspiece (14) support the end of a traction motor (20).