WO1989011991A1 - Procede et systeme d'amortissement des mouvements oscillatoires des vehicules ferroviaires - Google Patents

Procede et systeme d'amortissement des mouvements oscillatoires des vehicules ferroviaires Download PDF

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WO1989011991A1
WO1989011991A1 PCT/FR1989/000266 FR8900266W WO8911991A1 WO 1989011991 A1 WO1989011991 A1 WO 1989011991A1 FR 8900266 W FR8900266 W FR 8900266W WO 8911991 A1 WO8911991 A1 WO 8911991A1
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WO
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processing circuit
accelerometer
double
movements
rolling member
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PCT/FR1989/000266
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Charles René DURAND
Jérôme Charles DURAND
Original Assignee
Durand Charles Rene
Durand Jerome Charles
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    • 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
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • B61F5/245—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes by active damping, i.e. with means to vary the damping characteristics in accordance with track or vehicle induced reactions, especially in high speed mode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D43/00—Devices for using the energy of the movements of the vehicles
    • 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
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the invention relates to the industry of railway vehicles and provides a method and a system able to calm the oscillations of e rail vehicle body regardless of the disturbances created by the geometric imperfections of the rails.
  • the system is integrated in each wheel bearing of the vehicle and, in the latter case, it not only makes it possible to calm the oscillatory movements of the body, but to reduce the transmission of forces between body and rail for the sole transmission of the weight taken up by the wheel in question.
  • the French patent filed on 3.12.1984 under the number 84-18377 (2,574,036) described a body-hugging device for a rail vehicle based on the measurement of the acceleration in the body and the direction of relative movement. between body and running gear. It was to reduce - or even DELETE ⁇ sea - action shock absorbers placed between cash and 5 organ working during the phases of movement during which the action of the shock absorbers, if upheld, would lead to maintain the pulsating movements rather than switching them off due to the movements of the rolling element to which these shock absorbers are attached.
  • the present invention constitutes an extension to the device described in the patent cited above in the sense that the device can act almost continuously thanks to the use of an energy accumulator with regenerable energy and use of a double-acting cylinder instead of a simple switchable damper.
  • the present device is simplified by the fact that it no longer requires a detector for the direction of movement of the body relative to the rolling member on which it rests. the jack.
  • the subject of the invention is a method for calming the pulsating movements of the bodies of railway vehicles, such as the bodies or the axles, by means of a damping device comprising an accelerometer sensitive to the direction of the movement to be calmed, a signal processing circuit from the accelerometer and a double-acting hydraulic cylinder interposed between the body and the rolling member, characterized in that it consists in selectively supplying one or the other of the chambers of said cylinder with response to signals supplied by said processing circuit, from a pressurized oil tank, and automatically regenerating part of the energy prevailing in said tank by the relative movements between the body and the rolling member.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a railway box and its bogie.
  • Figure 2 is a schematic view of the servicing chain of a device according to the invention.
  • FIG. 3 is another schematic view of a variant of the device shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 shows in longitudinal section an example of a mechanical compensation device according to the invention.
  • FIG. 4 A illustrates in I, II and III the different possible positions taken by the plugs visible in detail A of FIG. 4.
  • FIG. 5 schematically represents the electronic part which completes the servo-control intended to erase the inertial forces which are exerted on the axle in question.
  • FIG. 6 shows in longitudinal section another version of the device which makes it possible both to smooth the forces on the track and to calm the acceleration in the body.
  • FIG. 1 shows the body 2 of a rail vehicle mounted on a bogie chassis 4 by means of a suspension 6.
  • the chassis 4 is itself supported on wheels 8 which roll on the rails 10.
  • a double-acting cylinder 12 is mounted in parallel on each of the body suspensions 6 and constitutes the power member of the servo responsible for calming in the case considered the vertical movements of the body around the average position.
  • FIG. 2 shows an accelerometer with a vertical sensitive axis 14 which is used to determine, in association with its processing circuit, the intensity and the direction of the speed vector corresponding to the absolute movement (relative to the ground) of the body. .
  • the signal from the accelerometer 14 is directed to a processing circuit 18 consisting of:
  • a so-called integrative branch comprising:
  • This integrating branch has the function of producing an output signal representative of the absolute vertical body speed as will be explained in the following:
  • a branch called an amplifier, derived from the output of the filter 20 and comprising an amplifier 21.
  • This amplifier delivers a signal which is added algebraically to the input of the clipping amplifier 24 with that coming from the integrative branch.
  • one or the other of the oil chambers of the jack 12 is placed in communication with a high-pressure oil reservoir 26 while the other chamber is placed in communication with a low-pressure oil reservoir 28 by means of plugs 30 and 32 mechanically connected to one another and actuated by a drive member 36, itself supplied by the processing chain 18.
  • the two chambers of the double-acting cylinder are brought back into communication with one another by means of a plug 34 driven by the same mechanical connection as that which drives the plugs 30 and 32 , said plugs 30, 32, 34 can be constituted by electro-valves actuated by the signals supplied by the amplifier 24.
  • the purpose of the integrating branch is to provide the amplifier - clipper 24 - with the signal necessary to calm the vertical movements of the body. This signal is representative of the vertical algebraic speed of the body. Its introduction into the servo amplifier 24 of the body constitutes what is agreed to be designated by a tachymeter control in the servomechanism technique, the purpose of which is to calm the vertical pulsating movements of the body (damping).
  • the amplifying branch is used to correct the elastic effect of the body suspension springs 6 by modifying the natural frequency of the body suspension.
  • the general tendency being to lower the natural frequency of body suspension, we will choose a sign convention, and therefore a connection mode, so that the servomechanism opposes the action of the suspension springs 6 as well as follows from the explanations which follow and which relate to FIG. 2.
  • the processing circuit delivers a sign signal such that, thanks to the drive member 36 the plugs 30, 32 and 34 are positioned in the position shown in Figure 2, which means that the high pressure is exerted on the upper face of the piston.
  • the jack If during this phase of the movement, the jack is in extension (due to the relative movement between the body and the rolling member) it deflates the high pressure tank 26. On the contrary, if the jack is in compression during this phase of the movement, it pushes back the oil to the tank that it is filling.
  • the plugs are positioned to supply the lower chamber of the cylinder with high pressure oil.
  • the clipping amplifier 24 delivers a zero signal and the plug 34 positions itself so as to put in communication the two chambers of the jack. Under these conditions, the latter does not offer appreciable resistance to the relative movement between the body and the rolling member.
  • the energy reserve to constitute in the high pressure tank is relatively small. After a prolonged stop, it rebuilds itself after a few movements thanks to the pumping phenomenon described above.
  • the device which has just been described operates on the principle of "all or nothing" with modulation of the slots known as pulse width.
  • This device has the disadvantage, when associated with a body tilting device, of transmitting forces which, by their discontinuity, can prove to be unpleasant for the passengers. In this case, it is possible to use the constructive arrangements according to Figure 3.
  • valve switching system is replaced by two hydraulic pump-motors 70 and 72 mechanically linked together by a shaft 74 and hydraulically connected, one on the high and low pressure tanks 26 and 28, the other on the 2 chambers of the double-acting cylinder.
  • One of the two motor-pumps is of variable displacement and this is modified according to the output of the amplifier 24 whose clipping function has been eliminated with respect to the amplifier -clipper 24 used in the previous device.
  • the other references correspond to the members already described with reference to FIG.
  • the device can be integrated in the wheel bearing.
  • the device ensures the constancy of the forces on the rail, but not the suspension of the body.
  • the principle of the device consists in vertically launching an intermediate mass, weaker than the unsprung mass "to be erased", with an acceleration which, at all times, is opposite to that of which the unsprung mass is the seat, the intensity of this acceleration communicated to the intermediate mass being greater than that of the unsprung mass to be compensated and as far as possible, in the ratio of the masses at play.
  • FIGS. 4, 4A and 5 An embodiment of such a device is shown diagrammatically in FIGS. 4, 4A and 5.
  • the wheel 8 rolls on the rail 10 around the axle box 40 which constitutes the bearing of the axle.
  • the axle box is integral with a dome-shaped casing 40 which overhangs the axle box and which contains all of the mechanical and electrical part of the compensating device with the exception of an electric generator 58 which feeds the whole. In FIG. 4, this generator is wedged at the end of the axle and driven by this axle.
  • electrical power can also be supplied by the general network which supplies the vehicle in question.
  • the axle box 40 and casing 40 assembly can be held relative to the vehicle by any suitable means, in particular by a conventional type axle box connecting rod 42 as shown in FIG. 4.
  • the casing 40 ' also serves rest for the body suspension spring 6.
  • the casing 40 also contains the accelerometer 1 sensitive to vertical accelerations and the processing electronics 18 shown in FIG. 5 and commented on below.
  • the mass compensation is made by a counterweight 44 which moves in the casing vertically around a medium position and in a pulsating manner at the same rate as the vertical movements applied to the wheel, but in opposite directions and with greater amplitudes which are in the ratio of the wheel masses (or more exactly - of the half-axle equipped with all the organs which form a block with it in its vertical movement) and the flyweight.
  • This is propelled up or down thanks to the oil pressure introduced respectively into cylinders 46 and 48 of equal section in which respectively slide pistons 60 and 62 integral with the counterweight.
  • the oil in the high pressure state is stored in a tank 50 which, in the version shown in FIG. 4, has a toric shape. In the event of significant vertical acceleration, the oil is directed from this reservoir, either into the cylinder 46 or into the cylinder 48 depending on the direction of the vertical acceleration thanks to the bushels 30, 32 and 34 of which it already has been question about figure 2.
  • FIG. 4 A represents the three possible scenarios.
  • the acceleration of the wheel is directed upwards (the wheel passes a hollow): the HP reservoir commu ⁇ nicates by the plug 30 with the upper cylinder 48.
  • the cylinders 48 and 46 communicate with each other by the bushel 34.
  • the HP reservoir communicates with the lower cylinder 46 by the bushel 32.
  • the counterweight 44 is brought back to its average position thanks to two springs 52 and 54 and thanks to a calibrated, but small leak, permanently organized between the cylinders 46 and 48. This leak, not shown in FIG. 3 can be carried out between the inlet and the outlet of the valve 34 which is the short-circuit valve of the cylinders 46 and 48.
  • the low-pressure oil is recovered in the bottom of the casing 40 Any oil leaks between the flyweight and the cylinders are also recovered at the bottom of the crankcase.
  • a gallery 56, dug in the counterweight 44 precisely constitutes a drain for evacuating any oil leaks from the upper cylinder 48.
  • the compensation force, directed upwards or towards the low is constant in intensity (since equal to the force exerted by the high pressure on the section of the cylinders 46 and 48 and provided that the high pressure remains constant) and not proportional to the vertical acceleration of the wheel.
  • the proportionality effect can however be obtained, on the one hand, by a short-time modulation of the signal in the processing circuit and, on the other hand, by the smoothing effect created by the fluidic and solidic elasticities. which can be adjusted if necessary by the introduction of elastic shims in the top of the cylinders 46 and 48.
  • FIG. 6 represents the compensation device thus improved. It is derived from that shown in Figure 4.
  • the common organs, and which provide the same functions, are identified by the same references and provide a new description. Note however that unlike this mistletoe was the case for the device of FIG. 4, the upper piston 62 of the counterweight 44 ends with a needle, or needle, identified 64 in FIG. 5 and which crosses the bottom of the cylinder 48. Unlike the case shown in FIG.
  • the cylinders 46 and 48 no longer have the same surface in section: in fact, this time it is the annular section between the internal wall of the cylinder and the external surface of the needle 64 which is equal to the surface of the internal straight section of the cylinder 46, in so that at equal high oil pressure, the counterweight is still projected with the same acceleration up or down depending on whether the valve 32 or valve 30 opens.
  • the entire housing 40 * is surmounted by a bell cap 66 which slides on the casing 40, the latter acting as a piston while the cap 66 serves as a cylinder, the space between these two solids being filled with oil.
  • the entire car is carried by the cap 66 thanks to the spring 6 which bears on the rim of the cap, which also plays the role of hydraulic cylinder.
  • the suspension can be determined on the basis of only other disturbances, mainly aerodynamic.
  • the hydraulic leaks can be recovered in the bottom of the casing 40, including those liable to occur between the cap and the casing by means of a bellows 68.
  • cap 66 is to be maintained at a substantially constant height relative to the casing 40 bis. This can be achieved by low flow lines from the high pressure oil tank and lights in the sliding walls of the cap. This level detector is not shown in FIG. 6.
  • the device described with reference to FIG. 1 only took into account the comfort of travelers. It is also possible to satisfy the objective of maximum grip without having to worry about the arrangement of the rails. To do this, it is advisable to add to the device described in connection with FIG. 1 a device for modulating the traction - or braking force - in proportion to the vertical acceleration of the wheel measured by an accelerometer secured to the axle box. To make such a device, we must then provide:

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Abstract

Ce système d'amortissement pour calmer les mouvements à caractère pulsatoire des organes de véhicules ferroviaires, tels que les caisses ou les essieux, au moyen d'un dispositif amortisseur comprenant un accéléromètre (14) sensible à la direction du mouvement à calmer, un circuit de traitement du signal issu de l'accéléromètre et un vérin hydraulique (12) à double effet interposé entre caisse et organe de roulement, est caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir d'huile sous pression (26) en communication sélective avec l'une ou l'autre des chambres dudit vérin (12), en réponse aux signaux fournis par ledit circuit de traitement (20) et des moyens pour régénérer automatiquement au moins une partie de l'énergie dans ledit réservoir par les mouvements relatifs entre caisse et organe de roulement.

Description

PROCEDE ET SYSTEME D'AMORTISSEMENT DES MOUVEMENTS OSCILLA- TOIRES DES VEHICULES FERROVIAIRES
La présente invention concerne l'industrie des véhicules ferroviaires et vise un procédé et un système capables de calmer les mouvements oscillatoires de caisse de véhicule ferroviaire indépendamment des perturbations créées par les imperfections géométriques des rails.
Suivant une forme avantageuse de l'invention, le système est intégré dans chaque palier de roue du véhicule et, dans ce dernier cas, il permet non seulement de calmer les mouvements oscillatoires de la caisse, mais de réduire la transmission des efforts entre caisse et rail à la seule transmission du poids repris par la roue considérée.
Le brevet français déposé le 3.12.1984 sous le numéro 84-18377 (2.574.036) décrivait un dispositif a ortis- 0 seur de caisse d'un véhicule ferroviaire basé sur la mesure de l'accélération en caisse et du sens de déplacement relatif entre caisse et organe de roulement. Il consistait à réduire - ou même à suppri¬ mer - l'action des amortisseurs placés entre caisse et 5 organe de roulement pendant les phases du mouvement pendant lesquelles l'action de ces amortisseurs, si elle était maintenue, conduirait à entretenir les mouvements pulsatoires plutôt qu'à les éteindre du fait des mouvements propres de l'organe de roulement auquel 0 ces amortisseurs sont attachés. La présente invention constitue une extension au dispo¬ sitif décrit dans le brevet cité ci-dessus en ce sens que le dispositif peut agir de manière quasi-continue grâce à l'utilisation d'un accumulateur d'énergie à énergie régénérable et à l'utilisation d'un vérin à double effet au lieu d'un simple amortisseur commuta- ble. Par rapport au dispositif décrit dans le brevet précité, le présent dispositif se simplifie par ail¬ leurs du fait qu'il ne nécessite plus de détecteur de sens du mouvement relatif de la caisse par rapport à 1'organe de roulement sur lequel s'appuie le vérin.
L'invention a pour objet un procédé pour calmer les mouvements à caractère pulsatoire des organes de véhi¬ cules ferroviaires, tels que les caisses ou les essieux, au moyen d'un dispositif amortisseur comprenant un accéléromètre sensible à la direction du mouvement à calmer, un circuit de traitement du signal issu de l'accéléromètre et un vérin hydraulique à double effet interposé entre caisse et organe de roule- ment, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter sélectivement l'une ou l'autre des chambres dudit vérin en réponse aux signaux fournis par ledit circuit de traitement, à partir d'un réservoir d'huile sous pression, et à régénérer automatiquement une partie de l'énergie régnant dans ledit réservoir par les mouve¬ ments relatifs entre caisse et organe de roulement.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à 1'examen des figures qui représentent, à titre indicatif, la manière dont peut être calmé pour chaque bogie (ou essieu), le mouvement vertical pulsatoire de la caisse étant bien entendu que l'invention peut être appliquée à l'ensemble des mouvements pulsatoires de la caisse : mouvements de ballant-roulis, de lacet et de tangage. La figure I est une vue en coupe transversale d'une caisse ferroviaire et de son bogie.
La figure 2 est une vue schématique de la chaîne d'as¬ servissement d'un dispositif selon l'invention.
La figure 3 est une autre vue schématique d'une variante du dispositif représenté sur la figure 2.
La figure 4 représente en coupe longitudinale un exemple de dispositif mécanique de compensation conforme à l'invention.
La figure 4 A illustre en I, II et III les différentes positions possibles prises par les boisseaux visibles dans le détail A de la figure 4.
La figure 5 représente schématiquement la partie électronique qui complète l'asservissement destiné à gommer les forces d'inertie qui s'exercent sur l'essieu considéré.
La figure 6 représente en coupe longitudinale une autre version du dispositif qui permet à la fois de lisser les efforts sur la voie et de calmer les accélérations en caisse.
Sur la figure I on a représenté la caisse 2 d'un véhi¬ cule ferroviaire montée sur un châssis de bogie 4 par l'intermédiaire d'une suspension 6. Le châssis 4 est lui-même supporté sur des roues 8 qui roulent sur les rails 10. Un vérin à double effet 12 est monté en parallèle sur chacune des suspensions de caisse 6 et constitue l'organe de puissance de l'asservissement chargé de calmer dans le cas considéré les mouvements verticaux de caisse autour de la position moyenne. Sur la figure 2 est représenté un accéléromètre à axe sensible vertical 14 qui sert à déterminer, en association avec son circuit de traitement, l'intensité et le sens du vecteur vitesse correspondant au mouve- ment absolu (par rapport au sol) de la caisse. Le signal issu de 1'accéléromètre 14 est dirigé vers un circuit de traitement 18 constitué par :
a) une branche, dite intégratrice, comprenant :
- éventuellement un filtre 20, - un intégrateur 22 avec son drain de décharge 22 permettant de remonter à l'information vitesse,
- un amplificateur écrêteur 24.
L'ensemble de cette branche intégratrice à pour fonction de produire un signal de sortie représentatif de la vitesse verticale absolue de caisse ainsi qu'il va être expliqué d.ans ce qui suit :
b) une branche, dite amplificatrice, dérivée à partir de la sortie du filtre 20 et comprenant un amplifica¬ teur 21. Cet amplificateur délivre un signal qui est ajouté algébriquement à l'entrée de l'amplificateur écrêteur 24 avec celui en provenance de la branche intégratrice.
Le rôle de chacune de ces branches intégratrice ou simplement amplificatrice sera expliqué dans ce qui suit.
FEUILLE DE REMPLACEMENT Selon que le signal de sortie de la chaîne de traitement 18 est positif ou négatif l'une ou l'autre des chambres d'huile du vérin 12 est mise en communication avec un réservoir d'huile haute pression 26 pendant que l'autre chambre est mise en communication avec un réservoir d'huile basse pression 28 grâce à des boisseaux 30 et 32 reliés mécaniquement entre eux et actionnés par un organe moteur 36, lui-même alimenté par la chaîne de traitement 18.
Si le signal de sortie de cette chaîne est nul, les deux chambres du vérin à double effet sont remises en communication l'une avec l'autre grâce à un boisseau 34 entraîné par la même liaison mécanique que celle qui entraîne les boisseaux 30 et 32, lesdits boisseaux 30, 32, 34 peuvent être constitués par des électro-valves actionnés par les signaux fournis par l'amplificateur 24.
Le rôle des deux branches a) et b) est le suivant :
La branche intégratrice a pour objet de fournir à l'amplificateur - écrêteur 24 - le signal nécessaire pour calmer les mouvements verticaux de caisse. Ce signal est représentatif de la vitesse algébrique verticale de la caisse. Son introduction dans l'amplificateur d'asservissement 24 de la caisse constitue ce qu'il est convenu de désigner par un contrôle tachymétrique dans la technique des servomécanismes et dont le but est de calmer les mouvements pulsatoires verticaux de caisse (amortissement) . G PCI7FR89/00266 b
La branche amplificatrice, elle, sert à corriger l'effet élastique des ressorts de suspension de caisse 6 en modifiant la fréquence propre de suspension de caisse. La tendance générale étant d'abaisser la fréquence propre de suspension de caisse, on choisira une convention de signe, et donc un mode de connection, de manière que le servomécanisme s'oppose à 1'action des ressorts de suspension 6 ainsi qu'il résulte des explications qui suivent et qui se rapportent à la figure 2.
Si la vitesse verticale absolue de caisse est nettement ascendante ou si l'accélération en caisse est nettement dirigée vers le haut, le circuit de traitement délivre un signal de signe tel que, grâce à l'organe moteur 36 les boisseaux 30, 32 et 34 se positionnent dans la position représentée sur la figure 2, ce qui veut dire que la haute pression s'exerce sur la face supérieure du piston.
Si pendant cette phase du mouvement, le vérin est en extension (du fait du mouvement relatif entre caisse et organe de roulement) il dégonfle le réservoir haute pression 26. Au contraire, si le vérin est en compression pendant cette phase du mouvement, il refoule l'huile vers le réservoir qu'il regonfle.
Lorsque, à l'inverse, le mouvement absolu de caisse est nettement descendant ou si l'accélération de caisse est nettement dirigée vers le bas, les boisseaux se positionnent pour alimenter la chambre inférieure du vérin en huile haute pression.
" Enfin, lorsque avec les conventions de signe ci-dessus, la somme des signaux issus des deux branches est inférieure à un certain seuil, l'amplificateur écrêteur 24 délivre un signal nul et le boisseau 34 se posi- tionne de manière à mettre en communication les deux chambres du vérin. Ce dernier n'oppose pas dans ces conditions une résistance appréciable au mouvement relatif entre caisse et organe de roulement.
Sur une section de ligne droite de la voie, où la caisse a des mouvements de faible amplitude, et de plus, du fait des apports d'énergie durant certaines phases du mouvement, la réserve d'énergie à constituer dans le réservoir haute pression est relativement faible. Après un arrêt prolongé, elle se reconstitue d'elle-même après quelques mouvements grâce au phénomène de pompage décrit plus haut.
En fonction des résultats d'essais en ligne, on pourra décider de l'opportunité d'installation d'une pompe automatique 38 qui, en complément du pompage naturel, assurerait une différence de pression constante entre les réservoirs haute et basse pression.
Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne selon le principe du "tout ou rien" avec modulation des créneaux dit en largeur d'impulsion. Ce dispositif présente l'inconvénient, lorsqu'il est associé avec un dispositif d'inclinaison de caisse, de transmettre des efforts qui, par leur discontinuité, peuvent se révéler désagréables pour les passagers. Dans ce cas, il est possible d'utiliser les dispositions constructives selon figure 3.
FEUILLE DE REMPLACEMENT Dans ce cas le "système de commutation par boisseaux est remplacé par deux βoteurs-pompes hydrauliques 70 et 72 reliés entre eux mécaniquement par un arbre 74 et branchés hydrauliquement, l'un sur les réservoir haute et basse pression 26 et 28, l'autre sur les 2 chambres du vérin à double effet. L'un des deux moteurs-pompes est à cylindréevariable et celle-ci est modifiée en fonction de la sortie de l'amplificateur 24 dont la fonction écrêteuse a été supprimée par rapport à 1'amplificateur-écrêteur 24 utilisé dans le dispositif précédent. Les autres repères correspondent aux organes déjà décrits à propos de la figure 2.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif peut-être intégré dans le palier de roue.
Suivant cette forme de réalisation, le dispositif assure la constance des efforts sur le rail, mais non la suspension de caisse.
Il est clair que le dispositif, tel que décrit à propos des fig. 1 et 2 permet d'.améliorer notamment le confort des passagers pour les matériels à voyageurs, mais il n'atténue que modérément les variations de charges appliquées sur la voie, surtout à grande vitesse. En effet, la composante principale de ces dernières pro¬ vient des forces d'inertie appliquées aux masses non suspendues, en particulier des essieux et des masses qui y sont attachées sans intermédiaires élastiques. Une solution plus coûteuse que la solution traditionel- le, mais efficace à la fois du point de vue de la sus¬ pension de caisse et du point de vue de la faible transmission d'efforts aux rails et aux organes de roulement eux-mêmes, consiste à amortir les oscilla¬ tions à la source, c'est-à-dire au niveau des organes de roulement eux-mêmes, au moins en ce qui concerne les oscillations verticales de la roue qui sont les plus nocives par leurs effets.
FEU5LLE DE REMPLACEMENT Un avantage supplémentaire apporté par ce dernier dispositif réside dans le fait qu'en lissant la réaction verticale roue-rail, à la limite, au seul poids transmis au rail par la roue en cause, l'adhéren- ce s'en trouve améliorée, tant à la propulsion qu'au freinage : en d'autres termes, l'invention permet à la roue de mieux "coller au terrain" que dans les dispositions constructives traditionnelles.
Le principe du dispositif consiste à lancer verticale- ment une masse intermédiaire, plus faible que la masse non suspendue "à gommer", avec une accélération qui, à chaque instant, est opposée à celle dont la masse non suspendue est le siège, l'intensité de cette accélération communiquée à la masse intermédiaire étant plus grande que celle de la masse non suspendue à compenser et autant que faire se peut, dans le rapport des masses en jeu.
Un mode de réalisation d'un tel dispositif est représenté schématiquement sur les figures 4, 4A et 5.
La roue 8 roule sur le rail 10 autour de la boîte d'essieu 40 qui constitue le palier de l'essieu. La boîte d'essieu est solidaire d'un carter 40 en forme de dôme qui surplombe la boîte d'essieu et qui contient l'ensemble de la partie mécanique et électri- que du dispositif compensateur à l'exception d'une génératrice électrique 58 qui alimente l'ensemble. Sur la figure 4 , cette génératrice est calée en bout d'essieu et entraînée par cet essieu. Mais il est bien évident que 1'alimentation électrique peut aussi être fournie par le réseau général qui alimente le véhicule en cause. L'ensemble boîte d'essieu 40 et carter 40 peut être maintenu par rapport au véhicule par tout moyen approprié, en particulier par une bielle de boîte d'essieu de type conventionnel 42 comme représenté sur la figure 4. Le carter 40' sert aussi de repos pour le ressort de suspension de caisse 6. Le carter 40 contient par ailleurs 1'accéléromètre 1 sensible aux accélérations verticales et 1'électro- nique de traitement 18 représentée sur la figure 5 et commentée dans ce qui suit.
La compensation de masse est faite par une masselotte 44 qui se meut dans le carter verticalement autour d'une position moyenne et de manière pulsatoire au même rythme que les mouvements verticaux appliqués à la roue, mais en sens contraire et avec des amplitudes plus importantes qui sont dans le rapport des masses de roue (ou plus exactement - du demi-essieu équipé de tous les organes qui font bloc avec lui dans son mouvement vertical) et de la masselotte. Celle-ci est propulsée vers le haut ou vers le bas grâce à la pression d'huile introduite respectivement dans des cylindres 46 et 48 de section égale dans lesquels coulissent respectivement des pistons 60 et 62 solidaires de la masselotte. L'huile à l'état de haute pression est stockée dans un réservoir 50 qui, dans la version représentée sur la figure 4 a une forme torique. En cas d'accélération verticale importante, l'huile est dirigée à partir de ce réservoir, soit dans le cylindre 46, soit dans le cylindre 48 selon le sens de l'accélération verticale grâce aux boisseaux 30, 32 et 34 dont il a déjà été question à propos de la figure 2.
La figure 4 A représente les trois cas de figure possibles.
En I, l'accélération de la roue est dirigée vers le haut (la roue passe un creux) : le réservoir HP commu¬ nique par le boisseau 30 avec le cylindre supérieur 48. En II, les cylindres 48 et 46 communiquent entre eux par le boisseau 34. En III, cas où l'accélération de la roue est dirigée vers le bas (la roue passe par une bosse), le réservoir HP communique avec le cylindre inférieur 46 par le boisseau 32. Indépendamment des accélérations, la masselotte 44 est ramenée vers sa position moyenne grâce à deux ressorts 52 et 54 et grâce à une fuite calibrée, mais faible, organisée de façon permanente entre les cylindres 46 et 48. Cette fuite, non représentée sur la figure 3 peut être réalisée entre l'entrée et la sortie de la vanne 34 qui est la vanne de court-circuit des cylindres 46 et 48.
L'huile basse pression est récupérée dans le fond du carter 40 Les fuites d'huile éventuelles entre masselotte et cylindres sont récupérées de même au fond du carter. Une galerie 56, creusée dans la masselotte 44 constitue précisément un drain d'évacuation des fuites d'huile éventuelles du cylindre supérieur 48.
En fonctionnement, les mouvements de la roue et de la masselotte ont pour effet de gonfler le réservoir haute pression 50.
Après les essais réels, on pourra décider s'il est ooppppoorrttuunn ddee pprréévvooiirr uunnee ppoommppee cde gonflage 50 en complément du gonflage naturel,
Reprenant la figure 5, on y retrouvera un circuit de traitement analogue à celui décrit à propos de la fig. 2, mais simplifié, puisqu'il n'existe plus d'intégra- teur : en effet c'est le paramètre accélération qui est le paramètre principal de commande, et non plus le paramètre vitesse. Comme précédemment l'opportunité du filtre 20 à la sortie de 1'accéléromètre pourra être décidée à 1' issue des essais expérimentaux du dispositif. La performance de l'asservissement pourra être améliorée par l'anticipation du mouvement issue du mouvement de la roue placée en amont sur la même file de rail introduite par l'entrée 76.
Figure imgf000013_0001
Une remarque peut être faite à propos du système décrit ci-dessus :
Si l'on néglige la compressibilitê de l'huile et son inertie l'élasticité des organes mécaniques et les per- tes de charge dans les tuyauteries et vannes, on peut considérer que l'effort de compensation, dirigé vers le haut ou vers le bas est constant en intensité (puisque égal à l'effort exercé par la haute pression sur la section des cylindres 46 et 48 et pour autant que la haute pression reste constante) et non proportionnel à l'accélération verticale de la roue. L'effet de proportionnalité pourra cependant être obtenu, d'une part, par une modulation en temps à créneaux courts du signal dans le circuit de traitement et, d'autre part, par l'effet de lissage créé par les élasticités fluidiques et solidiennes que l'on pourra ajuster au besoin par 1' introduction de cales élastiques dans le haut des cylindres 46 et 48.
Suivant un autre mode encore de réalisation, il est possible, moyennant une certaine complication supplémentaire du dispositif décrit à propos des figures 4, 4 A et 5, d'assurer, non seulement la constance des efforts sur le rail, malgré les irrégula¬ rités de celui-ci, mais aussi la suspension de caisse, au moins pour les mouvements verticaux.
La figure 6 représente le dispositif de compensation ainsi amélioré. Il est dérivé de celui représenté sur la figure 4. Les organes communs, et qui assurent les mêmes fonctions, sont repérés par les mêmes repères et dispensent d'une nouvelle description. A noter toutefois que contrairement à ce gui était le cas pour le dispositif de la fig. 4, le piston supérieur 62 de la masselotte 44 se termine par une aiguille, ou pointeau, repérée 64 sur la figure 5 et qui traverse le fond du cylindre 48. Par différence avec le cas représenté sur la figure 4, les cylindres 46 et 48 n'ont plus la même surface en section : en effet, cette fois c'est la section annulaire entre la paroi interne du cylindre et la surface externe du pointeau 64 qui est égale à la surface de la section droite intérieure du cylindre 46, en sorte, qu'à haute pression égale de l'huile, la masselotte est encore projetée avec la même accélération vers le haut ou vers le bas selon que s'ouvre la vanne 32 ou la vanne 30. L'ensemble du carter 40* est surmonté par un chapeau en cloche 66 qui coulisse sur le carter 40 , ce dernier faisant office de piston alors que le chapeau 66 sert de cylindre, l'espace entre ces deux solides étant rempli d'huile. L'ensemble de la voiture est porté par le chapeau 66 grâce au ressort 6 qui prend appui sur le rebord du chapeau, lequel joue le rôle par ailleurs de vérin hydraulique.
On peut démontrer aisément que si le rapport des aires des sections droites des surfaces coulissantes du pointeau et du chapeau sont dans le rapport m , m
M + m désignant la masse de la masselotte et M celle de la masse à compenser, les imperfections géométriques verticales du rail sont compensées au niveau du chapeau. Le véhicule qui repose sur ce chapeau ne sent plus les défauts verticaux du rail. La suspension peut être déterminée en fonction des seules autres perturbations, essentiellement aérodynamiques.
Comme pour le dispositif décrit à propos de la fig. 4, les fuites hydrauliques peuvent être récupérées dans le fond du carter 40 , y compris celles susceptibles de se produire entre le chapeau et le carter grâce à un soufflet 68.
Par ailleurs, le chapeau 66 est à maintenir à une hauteur sensiblement constante par rapport au carter 40 bis. Ceci peut être obtenu par des canalisations à faible débit depuis le réservoir d'huile à haute pression et des lumières pratiquées dans les parois coulissantes du chapeau. Ce détecteur de niveau n'est pas représenté sur la figure 6.
Ne sont pas représentés non plus sur cette figure des systèmes de dégazage.
Enfin deux données captées sont intéressantes et pourront être transmises vers un microprocesseur central pour y être exploitées pour des besoins bien déterminés ; il s'agit de :
- 1'accélération verticale mesurée par 1'accéléromètre 14,
- la pression d'huile mesurée sous la cloche 66, cette pression représentant la pesée des charges placées au-dessus de l'organe de roulement considéré. Le dispositif décrit à propos de la fig. 6 est le plus complet, en ce sens qu'il sauvegarde au maximum : le confort des voyageurs (ou, de façon plus générale, le calme accélérométrique si l'on vise à la fois le transport des voyageurs et celui des marchandises), les efforts exercés sur le rail et l'adhérence en traction et en freinage. Mais il est aussi le plus compliqué. Sans sortir du cadre de l'invention, on peut renoncer à l'un parmi ces trois avantages.
Le dispositif décrit à propos de la fig. 1 ne prenait en compte que le confort des voyageurs. Il est possible de satisfaire aussi à l'objectif d'adhérence maximale sans avoir la préoccupation du ménagement des rails. Pour ce faire, il convient d'adjoindre au dispositif décrit à propos de la fig. 1 un dispositif de modula¬ tion de 1'effort de traction - ou de freinage - proportionnellement à l'accélération verticale de la roue mesurée par un accéléromètre solidaire de la boîte d'essieu. Pour réaliser un tel dispositif, on doit alors prévoir :
un accéléromètre à axe sensible vertical installé sur chaque boîte d'essieu,
que l'effort de traction ou de freinage soit exercé de manière autonome pour chacune des roues (éventuellement pour chacun des essieux dans le cas où l'on totalise l'accélération verticale des deux boîtes d'essieux) proportionnellement aux efforts verticaux rail-roue.
que l'ensemble des organes impliqués dans la traction et le freinage soient à réaction suffisamment rapide pour que les efforts puissent effectivement être modulés au rythme des efforts rail-roue (ce qui exclut pratiquement tous organes de puissance autres qu'électriques ou hydrauliques)

Claims

1oEEVEtOICATICKS
1. Procédé pour calmer les mouvements à caractère pulsatoire des organes de véhicules ferroviaires, tels que les caisses ou les essieux, au moyen d'un dispositif amortisseur comprenant un accéléromètre sensible à la direction du mouvement à calmer, un circuit de traitement du signal issu de l1accéléromètre et un vérin hydraulique à double effet interposé entre caisse et organe de roulement, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter sélectivement l'une ou l'autre des chambres dudit vérin (12,46,48), en réponse aux signaux fournis par ledit circuit de traitement (20,22,24), à partir d'un réservoir d'huile sσus pression (26,50); et à régénérer automatiquement au moins une partie de l'énergie régnant dans ledit réservoir par les mouvements relatifs entre caisse (2) et organe de roulement (8).
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu de compléter la régénération automatique de la pression dans le réservoir d'huile sσus pression au moyen d'une pompe (38,50 bis).
3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, qui consiste à monter le dispositif amortisseur dans un carter (40') solidaire du palier de roue (40); et à constituer le piston du vérin hydraulique à double effet par une masselotte (44), grâce à quoi on peut calmer les efforts verticaux à caractère pulsatoire générés par les organes de roulement et s'exerçant entre roue et rail en utilisant l'effet compensatoire de la masselotte exécutant des mouvements verticaux et contraires à ceux exécutés par la roue.
4. Procédé suivant la revendication 3, consistant à récupérer en partie basse du dispositif les fuites d'huile éventuelles et à la recycler dans le dispositif.
5. Procédé suivant la revendication 3, consistant à fournir à l'asservissement, en dehors de l'accélération instantanée mesurée sur l'organe de roulement considéré, une anticipation de cette accélération collectée sur un organe de roulement placé en amont sur la même file de rail.
FEUILLE DE REMPLACEMENT
6. Procédé suivant la revendication 1, consistant à améliorer le dispositif du point de vue de l'efficacité de la traction sur les roues motrices et le freinage sur les roues freinées, en modulant les efforts de traction ou de freinage proportionnellement à l'accélération verticale des roues en cause.
7. Système d'amortissement pour calmer les mouvements à caractère pulsatoire des organes de véhicules ferroviaires, tels que les caisses ou les essieux, au moyen d'un dispositif amortisseur comprenant un accéléromètre sensible à la direction du mouvement à calmer, un circuit de traitement du signal issu de l'accéléromètre et un vérin hydr-aulique à double effet interposé entre caisse et organe de roulement, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir d'huile sσus pression (26,50) en coπmunication sélective avec l'une ou l'autre des chambres dudit vérin (12,46,48), en réponse aux signaux fournis par ledit circuit de traitement (20,22,24) et des moyens pour régénérer automatiquement au moins une partie de l'énergie dans ledit réservoir par les mouvements relatifs entre caisse (2) et organe de roulanent (8).
8. Système suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux vannes ou boisseaux (30,32) assurant sélectivement la commutation hydraulique entre les chambres de vérin et des réservoirs haute et basse pression, en réponse aux signaux fournis par le circuit de traitement.
9. Système suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une troisième vanne ou boisseau (34) assurant sélectivement la mise en cσπiπunication ou l'isolement des deux chambres du vérin, ladite troisième vanne étant couplée avec lesdites deux premières vannes.
10. Système suivant l'une des revendications 7 ou 8, caracté- risé en ce qu'il comporte un carter (40') solidaire du palier de roue (40), ledit carter renfermant deux cylindres opposés (46,48) et une masselotte (44) libre de se déplacer dans ledit carter, ladite masselotte présentant deux portions opposées (60) formant des pistons coopérant avec les cylindres (46,48) pour constituer ledit vérin à double effet.
11. Système suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ledit carter (40') supporte les ressorts de suspension (6) de la caisse (2).
12. Système suivant l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que certains au moins des organes accéléromètre
(14), réservoirs haute et basse pression, boisseaux (30,32,34) sont logés dans le carter 40').
13. Système suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux moteurs-pompes (70,72) reliés entre eux mécaniquement et dont l'un au moins est à cylindrée variable, l'un étant branché hydrauliquement sur des réservoirs haute et basse
' pression, l'autre aux deux chanbres de vérin à double effet (12), la cylindrée variable du moteur-poπpe concerné étant en outre ajustée en fonction du signal de sortie du circuit de traitement, moyennant quoi on obtient une application continue des efforts exercés par ledit vérin à double effet.
FEUILLE DE REMPLACEMENT
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