Wagon tombereau auto-chargeable et auto-déchargeable
L'invention se rapporte à un wagon tombereau auto-chargeable et auto-déchargeable équipé d'une caisse à parois hautes et d'un système de chargement et de déchargement de matériaux en vrac comprenant un convoyeur général pour acheminer des matériaux en vrac au moins d'une paroi frontale à l'autre de la caisse.
Ce type de wagon tombereau est couramment utilisé pour transporter des matériaux en vrac tels que les déchets extraits de matériaux de garnissage de voies ferrées. Ces déchets sont évacués de la voie ferrée après une opération de criblage et transportés dans des wagons tombereaux pour être déposés dans des zones de décharge. Dans une opération de dégarnissage de voie ferrée, une grande quantité de déchets est prélevée de la voie ferrée. Ainsi, sur 1 500 mètres de voie ferrée, il est courant de prélever 800 à 1 000 mètres de cubes de déchets. Généralement, l'engin de dégarnissage est attelé à un convoi de wagons tombereaux, chaque wagon tombereau ayant une contenance d'environ 30 mètres cubes. Au cours d'une journée de dégarnissage de voie ferrée, plusieurs convois de wagons tombereaux chargés de déchets sont déchargés.
Pour augmenter la rentabilité d'une telle opération, il est nécessaire que les wagons tombereaux soient auto-chargeables. Pour acheminer les déchets prélevés par l'engin de dégarnissage vers les wagons tombereaux d'un convoi, on utilise généralement un système de convoyeurs à bande disposés en cascade, chaque wagon tombereau ayant son propre convoyeur. Les wagons tombereaux sont ainsi chargés l'un après l'autre en commençant par le wagon tombereau de tête.
Le déchargement des wagons tombereaux pose plus de problèmes. On connaît déjà un système de chargement et déchargement pour wagon tombereau comprenant un convoyeur général à bande qui constitue le fond de la caisse du wagon tombereau (wagon à fond mobile) et débouche de la partie inférieure d'une paroi frontale de la caisse pour servir le wagon tombereau suivant à l'aide d'un convoyeur oblique. Le chargement en déchets des wagons tombereaux s'effectue en commençant par le wagon de tête. Les déchets acheminés par la cascade de convoyeurs s'accumulent au fur et à mesure dans les wagons tombereaux, et leur déchargement s'effectue avec le même convoyeur en commençant par le wagon de queue.
Ce système de chargement et déchargement pour wagon tombereau présente les inconvénients suivants :
- le mode de convoyage des matériaux à éliminer conduit à véhiculer des charges extrêmement importantes, ce qui nécessite des mécanismes lourds et de puissance élevée;
- malgré toutes les précautions prises pour protéger les mécanismes du convoyeur, ceux-ci, du fait qu'ils sont immergés au sein des matériaux, sont néanmoins exposés en permanence à l'action destructrice des sables et graviers; - du fait que les matériaux sont contenus entre deux parois fixes de la caisse des wagons, le convoyeur est susceptible de n'entraîner qu'une partie des matériaux, l'autre partie demeurant en place par effet de voûte;
- le remplacement d'une bande transporteuse avariée dans le fond d'un wagon tombereau ne peut être envisagé qu'une fois celui-ci vidé de sa charge à l'aide d'autres moyens, ce qui nécessite une interruption du chargement des wagons suivants et donc de la progression du travail.
En outre, si le convoyeur oblique est orienté transversalement pour assurer le déchargement des matériaux sur le sol, à côté de la voie, il ne pourra remplir les conditions de hauteur (4 mètres) et de distance (6 mètres) qui sont généralement imposées pour le déversement des matériaux par ce convoyeur. En effet, celui-ci présente une largeur importante, égale à celle de la caisse des wagons; il est donc lourd. D'autre part, on devrait lui donner une grande longueur pour atteindre la hauteur prescrite à son extrémité de décharge, car son autre extrémité doit se trouver au niveau du fond des caisses. Un wagon équipé d'un tel convoyeur ne respecterait pas la condition limite de répartition des charges 40%/60% relatives à la charge respective des deux roues d'un même essieu lorsque ce convoyeur serait orienté vers le côté du wagon.
Le but de l'invention est de remédier à ces différents inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet un wagon tombereau du genre défini au début, dans lequel, selon l'invention, le convoyeur général est disposé à un niveau moyen voisin de celui des bords supérieurs de la caisse et le système de chargement et de déchargement comprend en outre un appareil de manutention apte à recharger sur le convoyeur général les matériaux en vrac déposés dans la caisse.
Ainsi, le convoyeur général, qui assure le transport des matériaux le long d'un train de wagons tombereaux à charger, est situé non plus au bas de la caisse des wagons, mais en partie haute. De ce fait, ce convoyeur, et avec lui le flux de déchets qu'il transporte, est soustrait à l'action de la masse des déchets contenus dans la caisse qu'il surmonte, et il est facilement accessible en tout temps pour une réparation éventuelle. En outre, il peut avoir une largeur réduite, donc une structure légère. Lorsque ce convoyeur général comprend un convoyeur orientable de déchargement sur le côté, ce dernier peut aisément répondre aux conditions précédemment mentionnées. En effet, du fait de son faible poids et de la situation en hauteur de son point de départ, et non plus au niveau du fond de caisse, il peut aisément acheminer les matériaux plus haut et plus loin.
L'appareil de manutention comprend de préférence des organes de ramassage de matériaux en vrac circulant dans un plan transversal par rapport à la direction longitudinale de la caisse et du convoyeur général, l'appareil de manutention pouvant en outre se déplacer par translation entre les parois frontales de la caisse.
Dans une forme de réalisation avantageuse, l'appareil de manutention comprend : - un bâti mobile reposant par ses extrémités sur les bords supérieurs des parois latérales de la caisse,
- une chaîne sans fin à godets circulant, grâce à des moyens d'entraînement, suivant un trajet en boucle qui, défini par des moyens de guidage liés au bâti mobile, entoure le convoyeur général et plonge à l'intérieur de la caisse en longeant les parois latérales et le fond de celle-ci, et
- des moyens pour faire se déplacer le bâti mobile entre les parois frontales de la caisse.
La chaîne sans fin est de préférence une double chaîne encadrant les godets et ses moyens de guidage sont constitués par une paire de rails parallèles, portés par le bâti, qui guident la chaîne sans fin au moins le long de ses parties inférieures et ascendantes.
Dans une première forme de réalisation des godets, ceux-ci comportent, du côté intérieur du trajet en boucle de la chaîne sans fin, une paroi mobile formée par un couvercle articulé, tandis que sont prévus des moyens de commande de la position de ce couvercle, qui le maintiennent
en position fermée dans les parties inférieure et ascendante dudit trajet en boucle et autorisent son ouverture dans la partie supérieure de ce dernier, permettant ainsi aux godets de se vider de leur contenu lorsqu'ils surplombent le convoyeur général. Les moyens de commande de la position du couvercle des godets peuvent être constitués par les rails de guidage de la chaîne sans fin, lesquels présentent à cet effet une section en U et se font face par leurs ouvertures longitudinales, l'une des ailes de ces rails étant suffisamment large pour recouvrir marginalement le couvercle, tandis qu'elle se rétrécit dans la partie supérieure du trajet en boucle de façon à libérer le couvercle, l'autorisant à basculer en position d'ouverture.
Dans une seconde forme de réalisation, les godets offrent, du côté intérieur du trajet en boucle de la chaîne sans fin, une face ouverte, dépourvue de paroi, laquelle est obturée, dans la partie ascendante et une portion de la partie supérieure de leur trajet, par une bande circulant parallèlement à la chaîne à godets, à la même vitesse et dans le même sens, les godets s'appliquant par leur face ouverte contre ladite bande, jusqu'à ce qu'ils la quittent dans la partie supérieure de leur trajet, déversant alors leur contenu sur le convoyeur général. Dans ce cas, il convient que les godets soient attelés à la chaîne sans fin par l'intermédiaire d'un unique axe d'articulation situé près de leur embouchure, autour duquel ils peuvent pivoter, par rapport à la chaîne sans fin et dans le plan moyen de son trajet, d'un petit angle de débattement défini par des moyens de limitation de basculement associé à chaque godet. Par ailleurs, le trajet de la bande d'obturation des godets se poursuit de préférence sur une portion de la partie supérieure du trajet de la chaîne à godets, cette portion ayant une longueur telle que les godets déversent leur contenu dans la zone centrale du convoyeur général. Afin que cette bande présente aux godets une surface ferme et bien définie, une plaque de soutien fixe peut être prévue, contre laquelle la bande obturatrice s'adosse dans la portion de son trajet où les godets viennent s'appliquer sur elle-
Quant au convoyeur général dont est équipé le wagon, il comprend avantageusement un premier convoyeur à bande s'étendant sensiblement horizontalement entre les parois frontales de la caisse, et un second convoyeur à bande monté sur une flèche orientable et pouvant s'incliner, lequel peut être orienté longitudinalement pour prolonger le premier vers un wagon voisin du convoi ou transversalement vers un côté de la voie.
Les avantages procurés par l'invention consistent essentiellement en ceci qu'elle permet de réaliser des wagons à chargement et déchargement automatiques grâce à un dispositif de manutention propre à chaque wagon, un wagon quelconque dans un convoi pouvant être chargé et déchargé par accès direct. Le dispositif de manutention s'adapte directement sur un wagon tombereau sans modification de la structure de celui-ci, tandis que le convoyeur général de chaque wagon peut être, en cas de besoin, remplacé même lorsque le wagon est chargé. A cela s'ajoute que, grâce au second convoyeur que le convoyeur général peut comporter, il est possible de décharger un wagon en amenant les matériaux qu'il contient à un point de déversement sur le côté de la voie , situé à une hauteur et à une distance de la voie propres à satisfaire les normes applicables aux réseaux ferroviaires.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs.
La figure 1 représente une partie d'un convoi de wagons tombereaux équipés d'un système de chargement et de déchargement selσnl'invention.
Lε. figure 2 représente, schématiquement et à plus grande échelle, le dispositif élévateur mobile de l'un des wagons tombereaux de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe transversale, à échelle également agrandie, d'un wagon tombereau doté d'un équipement selon l'invention suivant une première forme de réalisation.
Les figures 4 et 5 représentent schématiquement, en perspective, respctivement une portion de la partie inférieure et une portion de la partie supérieure de la chaîne à godets de l'élévateur mobile.
La figure 6 représente, à la manière de la figure 3, une deuxième forme de réalisation d'un équipement de wagon tombereau selon l'invention. Les figures 7 à 9 représentent schématiquement, respectivement en perspective, en coupe verticale et en élévation, une portion de la partie inférieure, une portion de la partie supérieure et une portion de la partie ascendante de la chaîne à godets de l'élévateur mobile de la figure 6.
La figure 10 représente une coupe selon la ligne X-X de l'objet de la figure 9.
La figure 11 est une vue schématique agrandie de la portion de la chaîne à godets de la figure 6 située à la transition entre la partie ascendante et la partie supérieure.
On voit sur la figure 1 un wagon tombereau auto-chargeable et auto-déchargeable, attelé à un autre wagon tombereau identique mais visible seulement en partie. Ces wagons tombereaux comportent un plateau
13 sur lequel est fixée une caisse 1 ayant des parois hautes, savoir deux parois frontales 2 et deux parois latérales 3. Ce type de wagon tombereau est utilisé pour le transport de matériaux en vrac, notamment au cours des opérations de dégarnissage de voies ferrées.
Le wagon tombereau représenté est équipé d'un système de chargement et de déchargement de matériaux en vrac conforme à l'invention. Ce système comprend un convoyeur général 4 qui permet d'acheminer des matériaux en vrac, fournis par un engin de dégarnissage ou par le convoyeur général d'un autre wagon tombereau attelé à la droite du wagon en question, de la paroi frontale 2 de la caisse située à droite sur la figure vers l'autre paroi frontale 2 de la caisse située à gauche sur la figure.
Le convoyeur général 4 comprend un premier convoyeur 6 équipé d'une bande circulant horizontalement entre des rouleaux extrêmes 16 et un second convoyeur 7 à bande porté par une flèche 8. La flèche 8 peut pivoter à son extrémité 10 sur le plateau 13 du wagon, ce qui permet de l'orienter à volonté pour diriger son autre extrémité d'un côté ou de l'autre de la voie ferrée ou bien au-dessus du convoyeur 6 d'un autre wagon, comme représenté. Un vérin 11 articulé à la flèche 8 et au plateau 13 du wagon permet en outre de régler l'inclinaison de celle-ci. L'extrémité 10 de la flèche porte en outre une trémie 12 dans laquelle se déversent les matériaux acheminés par le convoyeur 6 appartenant au même wagon. Une béquille
14 fixée à la flèche 8 permet à celle-ci de prendre appui sur le wagon suivant, par exemple sur le groupe énergétique 15 porté par ce wagon. Comme le montre la figure 1, le premier convoyeur 6 qui sert au chargement de la caisse 1 est disposé sensiblement horizontalement au- dessus des parois frontales 2 de la caisse et repose sur les bords supérieurs de celles-ci par l'intermédiaire d'éléments d'appui non représentés. Le convoyeur 6 se trouve donc au-dessus de la caisse et peut être démonté même lorsque la caisse 1 est chargée de matériaux en vrac. Les matériaux acheminés par le convoyeur 6 sont guidés sur la bande 18 de celui-ci entre
deux bordures constituées par des portillons pivotants 9 successifs dont le rapprochement en N permet de diriger le flux de matériaux dans la caisse aux endroits voulus.
Le système de chargement et de déchargement comprend aussi un appareil de manutention élévateur 5 capable de recharger les matériaux en vrac déposés dans la caisse sur la bande 18 du convoyeur 6 qui les achemine alors vers le convoyeur oblique 7. L'appareil de manutention 5 peut être déplacé suivant la direction longitudinale de la caisse d'une paroi frontale à l'autre de celle-ci, de sorte qu'il permet, en coopération avec le convoyeur général 4, de décharger entièrement la caisse 1 du wagon tombereau.
En se reportant maintenant à la figure 3, on voit que l'appareil de manutention 5 comprend un bâti 51 s'étendant transversalement par rapport à l'axe longitudinal de la caisse 1 et ayant deux extrémités 52 qui reposent sur les bords supérieurs des parois latérales 3 de la caisse 1 par l'intermédiaire de jeux de galets 80 qui permettent les déplacements en translation du bâti entre les deux parois frontales 2 de la caisse. Ce bâti comprend une paire d'arceaux supérieurs 51a qui passent par-dessus le premier convoyeur 6, et une paire d'arceaux inférieurs 51b qui passent par- dessous le premier convoyeur 6. Ces paires d'arceaux supportent une paire de membrures avant et arrière 64 qui s'étendent transversalement et descendent verticalement dans la caisse 1. Aux membrures 64 sont fixés (figure 2) un bouclier oblique 66 ainsi qu'un treuil 56 susceptible d'avaler dans un sens (flèche A) ou dans l'autre (flèche R) une chaîne 57 tendue entre les deux parois frontales 2 de la caisse 1. La commande du treuil permet de déplacer le bâti 51 entre ces deux parois.
Pour décharger la caisse 1 des matériaux 65 qu'elle contient, ceux-ci sont ramassés dans la région du fond 13 de la caisse, remontés au-dessus du niveau du convoyeur 6 et déversés sur ce dernier à l'aide d'une chaîne sans fin 54 à godets 55 guidée suivant un trajet fermé s'étendant dans un plan transversal par rapport à la direction lor-j;itudinale de la caisse 1 et entourant le convoyeur 6. 11 s'agit d'une double chaîne, les godets 55 étant montés en succession entre ses deux parties, dont le guidage est assuré par une paire de rails 53 portés par le bâti 51 de l'appareil de manutention 5, chacun ayant la forme d'un cadre. Les deux rails de guidage 53 entourent le convoyeur 6 et plongent à l'intérieur de la caisse 1 en longeant les parois
latérales 3 et le fond 13 de la caisse. Les rails de guidage ont une section en U et sont disposés face à face, leurs ouvertures longitudinales se trouvant en regard (figures 4 et 5). Chacune des deux parties de la double chaîne 54 circule dans l'un respectif de ces rails de guidage, entre leurs ailes 53a, 53b, sous l'action d'un moto-réducteur 58 monté sur le bâti/et attaquant l'une au moins de deux paires de pignons 59a, 59b sur lesquels la double chaîne sans fin 54 s'engrène. Le sens de circulation de la chaîne à godets est repéré par les flèches C. Ces pignons sont disposés dans la partie haute des cadres formés par les rails 53 pour ne pas être en contact avec les matériaux déposés dans la caisse 1. Le circuit de la chaîne 54 est tel que les godets 55 se remplissent dans le fond de la caisse et se vident une fois arrivés au- dessus de la bande 18 du convoyeur 6. A cet effet, comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, chaque godet 55 est doté, sur sa face tournée vers le bas lorsqu'il se trouve dans la partie supérieure de son trajet, d'une paroi ouvrante 60 qui peut pivoter autour d'un axe d'articulation 61. Cette paroi est maintenue fermée sur la majeure partie du circuit de la chaîne 54 par les ailes intérieures 53b des rails 53, auxquelles on a donné à cet effet une largeur plus grande qu'aux ailes extérieures 53a. Toutefois, dans la partie du circuit surplombant la bande 18 du convoyeur 6, les ailes intérieures 53b sont rétrécies pour offrir des échancrures 90 permettant l'ouverture de la paroi 60 de chaque godet à cet endroit, comme visible sur les figures 3 et 5.
Chaque godet 55 présente pour son remplissage une embouchure 62 en forme de trapèze. Les parois latérales du godet forment avec la paroi fixe qui les relie face à la paroi ouvrante 60 un angle d'attaque 63 jouant le rôle d'un couteau qui permet, quel que soit le sens de déplacement du bâti 51, de désagréger les matériaux en vrac en les avalant à la base du talus formé par l'accumulation naturelle des matériaux déversés dans la caisse lors du chargement du wagon (figure 2). Ainsi, la chaîne sans fin 54 équipée de ses godets 55 peut faire remonter des matériaux en vrac du fond de la caisse sur la bande 18 du convoyeur 6 indépendamment du sens de progression du bâti 51 le long de la caisse.
En se reportant de nouvau à la figure 3, on voit que le convoyeur 6 porte le long de ses bords longitudinaux une paire de flasques 41 plongeant à l'intérieur de la caisse et disposés de part et d'autre de la chaîne 57, de façon à protéger celle-ci des matériaux tombant dans la caisse 1 lors des opérations de chargement. De même, le convoyeur 6 est muni, le long de
ses bords longitudinaux, de déflecteurs 42 qui dirigent les matériaux acheminés par le convoyeur 6 vers les bords latéraux 3 de la caisse. Un autre jeu de déflecteurs 43 peut être prévu sur l'appareil de manutention 5 pour canaliser les matériaux déversés par chaque godet 55 sur la bande 18 du convoyeur 6, l'un de ces déflecteurs ayant pour rôle d'aider à la fermeture de la paroi articulée 60 du godet.
Si l'appareil de manutention 5 doit être remplacé, en cas de panne par exemple, il suffit pour cela de faire coulisser le convoyeur 6 dans un sens ou dans l'autre suivant la flèche R ou A, à l'aide d'une grue, pour libérer le bâti 51. Cette manoeuvre peut être faite même lorsque le wagon est chargé de matériaux en vrac.
Une autre forme de réalisation de l'appareil de manutention 5 est représentée à la figure 6. Sa structure générale est semblable à celle de l'appareil décrit précédemment. Le ramassage et le relevage des matériaux se trouvant dans la caisse 1 du wagon se fait toujours à l'aide d'une double chaîne 54 à godets circulant autour du convoyeur 6 et plongeant jusqu'au fond 13 de la caisse. Toutefois, les godets, désignés maintenant par la référence 155, sont, en vur Je leur vidage, dépourvus de la paroi ouvrante 60 que comportent les godets 55 de l'exemple précédent. Ils sont en effet ouverts sur la face correspondante, comme on peut le voir en comparant les figures 4 et 7. Pour que les godets ne perdent pas leur contenu dans la partie ascendante de leur trajet, une bande obturatrice 70 y est prévue, qui se déplace parallèlement à la chaîne 54, dans le même sens et avec la même vitesse (figure 9), cette bande étant disposée à une distance de la chaîne 54 telle que les godets viennent s'y appliquer par la totalité de leur face ouverte, laquelle de trouve ainsi obturée, la bande étant légèrement plus large que la face ouverte des godets (figure 10). Afin de soutenir la bande
70 pour qu'elle ne se dérobe pas sous la poussée des godets 155, une sole
71 est prévue, qui se dresse parallèlement au trajet de la chaîne et le long de laquelle la bande 70 se déplace en glissant. Cette sole 71 constitue également un élément d'étanchéité ayant pour rôle d'empêcher les matériaux de s'introduire derrière la bande 70.
Afin de favoriser la bonne application des godets 155 sur la bande obturatrice 70, ceux-ci sont reliés à la chaîne 54 par articulation suivant un unique axe 72 situé à proximité de leur embouchure 62, autour duquel ils peuvent pivoter par rapport à la chaîne, sur un angle limité par une paire de
biellettes 73 articulées à la double chaîne 54, chacune étant engagée par une boutonnière 74 sur un ergot 75 solidaire de la paroi latérale correspondante de chaque godet. Comme le montre la figure 9, la disposition est telle que le poids P du godet 155 et de son contenu, appliqué en son centre de gravité G, crée un couple qui tend à maintenir appliqué le godet sur la bande obturatrice, de sorte qu'il se déplace de conserve avec celle-ci, sa face ouverte restant parfaitement obturée sur toute la partie ascendante de la chaîne sans fin 54. La bande 70 s'étend un peu au delà du sommet de cette partie, toujours soutenue par la sole 71 orientée ici sensiblement horizontalement, de façon à maintenir l'obturation de la face ouverte des godets 155 jusqu'à ce qu'ils arrivent en bonne position au-dessus du convoyeur 6 pour y déverser leur contenu. Si, dans cette portion de la partie supérieure du trajet de la chaîne à godets, ceux-ci n'étaient pas parfaitement obturées par la bande 70, les matériaux qui pourraient s'en échapper seraient recueillis par celle-ci et se trouveraient de même déversés dans le convoyeur à l'endroit où la bande 70 termine sa course en passant sur un rouleau de renvoi 76.
Ce rouleau 76 est aussi le rouleau d'entraînement qui met en circulation la bande 70. Sur son arbre 77 (figure 11) est en effet calé un pignon 78 couplé en rotation par une chaîne 79 à un pignon 81 calé sur l'arbre 82 de la paire de pignons 59a d'entraînement de la double chaîne 54, ces pignons étant situés à la transition entre les parties ascendante et supérieure du trajet de celle-ci. Sur ce même arbre, actionné en rotation par le moto-réducteur 58, tourne fou un tambour 83 sur lequel prend appui la bande 70 (figure 8). Le rapport des diamètres des pignons 78 et 81 est calculé, en fonction des diamètres des pignons 59a et du tambour 76, de façon que la bande obturatrice se déplace exactement à la même vitesse linéaire que la chaîne à godets. Au bas de la partie ascendante du trajet de cette dernière, la bande 70 passe sur un rouleau de renvoi 84 qui tourne fou autour d'un axe distinct de celui de la paire de pignons 59c voisine qui assure la déviation à cet endroit de la chaîne à godets. Une quatrième paire de pignons fous 59d est de même prévue au début de la partie inférieure du trajet de la chaîne à godets. On remarquera que, dans cette forme d'exécution, les rails 54 de guidage de cette dernière ne couvrent pas tout son trajet, mais se limitent aux parties inférieure et ascendante de celui-ci, comme le montre la figure 6.