Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02330460 2001-01-09
1
BOGIE MOTEUR POUR VÉHICULE FERROVIAIRE ET VÉHICULE
FERROVIAIRE POURVU D'UN TEL BOGIE
La présente invention concerne un bogie moteur pour véhicule
ferroviaire, ainsi qu'un véhicule ferroviaire pourvu d'au moins un tel
bogie.
De manière habituelle, un bogie moteur comprend des essieux prenant
appui sur les rails de la voie et supportant un châssis, avec
interposition d'une suspension dite primaire. La caisse du véhicule
ferroviaire repose sur le châssis de ce bogie, avec interposition d'une
suspension dite secondaire.
Chaque bogie moteur est pourvu de moyens d'entraînement de chaque
essieu, qui comprennent au moins un moteur et au. moins un réducteur muni
d'une roue d'entraînement de l'essieu correspondant. Il est en outre
prévu des moyens de support des moteurs et des réducteurs par le véhicule
ferroviaire.
Il est avantageux de faire supporter la masse des moyens
d'entraînement par un organe mécanique du véhicule, qui soit disposé le
plus suspendu possible. Ceci contribue à réduire les efforts exercés sur
les rails par le bogie moteur et permet d'augmenter la vitesse du
véhicule ferroviaire. Dans cette optique, il est préférable de faire
supporter les masses des moteurs et des réducteurs par l'intermédiaire de
la caisse du véhicule et, à défaut, par l'intermédiaire du châssis du
bogie, la solution consistant à faire supporter ces masses par les
essieux étant la plus défavorable.
Par ailleurs, la caisse du véhicule, le châssis du bogie et les
essieux sont libres de se déplacer les uns par rapport aux autres. Or, la
roue d'entraînement du réducteur devant être solidaire de l'essieu, plus
le moteur et le réducteur sont suspendus à des organes élevés, plus
complexe est la transmission entre le moteur suspendu et cette roue
d'entraînement fixée sur l'essieu.
Il convient donc d'opérer un compromis entre une suspension de ces
masses uniquement par l'essieu, simple à mettre en oeuvre mais
n'autorisant que de faibles vitesses, et une suspension des masses par la
caisse, permettant des vitesses élevées mais complexe en termes
technologiques.
Une première solution consiste à suspendre, à la caisse du
véhicule, un ensemble moto-réducteur et à installer sur l'essieu un
réducteur supplémentaire, ces deux réducteurs étant liés par
l'intermédiaire d'un joint homocinétique. Cette solution présente
cependant des inconvénients, en ce sens qu'il est nécessaire de faire
appel à deux réducteurs séparés. De plus, l'emploi d'un joint
homocinétique, particulièrement onéreux, est à l'origine de coûts
importants.
CA 02330460 2001-01-09
la
Une solution alternative a été proposée. Elle consiste à suspendre
le réducteur sur le châssis du bogie, à son extrémité opposée à l'essieu.
Par ailleurs, le moteur est fixé à demeure sur le châssis, le réducteur
et le moteur coopérant habituellement par l'intermédiaire d'un
CA 02330460 2007-04-16
2
accouplement à dentures bombées.
Cet agencement, bien qu'il soit relativement avantageux en termes
de coûts, présente d'autres inconvénients. En effet, les masses du moteur
et du réducteur sont supportées non pas par la caisse du véhicule mais
par le châssis du bogie, de sorte que les essieux exercent des efforts
relativement importants sur les rails. De plus, fixer le moteur à demeure
sur le châssis induit l'apparition d'efforts mécaniques élevés s'exerçant
sur ce dernier.
Afin de pallier les différents inconvénients de l'art antérieur
évoqués ci-dessus, l'invention se propose de réaliser un bogie moteur de
véhicule ferroviaire, dans lequel les masses des moteurs et des
réducteurs sont supportées, dans une large mesure, par la caisse du
iO véhicule, par l'intermédiaire d'un nombre restreint d'éléments mécaniques
possédant une structure simple et des coûts peu élevés.
A cet effet, elle a pour objet un bogie moteur pour véhicule
ferroviaire, destiné à supporter une caisse dudit véhicule, ledit bogie
moteur comprenant des essieux reposant sur des rails, un châssis reposant
sur lesdits essieux et des moyens d'entraînement de chaque essieu
comportant un moteur, un réducteur et des moyens de transmission entre le
moteur et le réducteur, des moyens permettant le support des moyens
d'entraînement par le véhicule étant prévus, caractérisé en ce que
lesdits moyens de support des moyens d'entraînement comprennent des
moyens de suspension du réducteur, ou du moteur, à la caisse du véhicule,
articulés au réducteur, ou au moteur, ainsi qu'à la caisse, des moyens
d'articulation du moteur au châssis du bogie autour d'un axe sensiblement
20 horizontal, ainsi que des moyens de liaison du moteur au réducteur,
articulés à
la fois au moteur et au réducteur et en vue de côté, le point d'articulation
du
réducteur, ou du moteur, aux moyens de suspension est disposé entre le centre
de gravité du réducteur et le centre de gravité du moteur.
Selon d'autres caractéristiques préférentielles de l'invention:
- le moment exercé par le réducteur sur ledit point
d'articulation est sensiblement égal au moment exercé par le moteur sur
ce point d'articulation ;
- en vue de dessus, le réducteur et le moteur sont décalés
transversalement l'un par rapport à l'autre, le point d'articulation des
moyens de suspension au réducteur, ou au moteur, étant disposé entre le
centre de gravité du réducteur et le centre de gravité du moteur ;
30 - les moyens de suspension du réducteur, ou du moteur, à la
caisse du véhicule sont articulés au réducteur, ou au moteur, ainsi qu'à
la caisse, au moins autour d'un axe horizontal ;
- les moyens de suspension comprennent une bielle sensible-
ment rectiligne, s'étendant sensiblement verticalement entre le réducteur
et la caisse du véhicule ;
- les moyens d'articulation du moteur au châssis comprennent
CA 02330460 2001-01-09
3
deux bras solidaires du logement du moteur, ces bras étant articulés au
châssis autour dudit axe horizontal ;
- les moyens de liaison du moteur au réducteur sont articulés
au moteur et au réducteur au moins autour d'un axe horizontal ;
- les moyens de liaison du moteur au réducteur comprennent
une biellette présentant, en vue de côté, ".ine forme de C, les deux
extrémités de cette biellette articulées respectivement au moteur et au
réducteur étant disposées sensiblement l'une au-dessous de l'autre ;
- les moyens de transmission entre le moteur et le réducteur
comprennent un accouplement à dentures bombées ;
- le réducteur comprend une roue motrice entraînée par le
moteur, une roue d'entraînement solidaire de l'essieu et une roue
intermédiaire.
L'invention a également pour objet un véhicule ferroviaire
comportant au moins un bogie moteur et une caisse reposant sur le ou
chaque bogie moteur, caractérisé en ce que le ou chaque bogie moteur est
tel que défini ci-dessus.
L'invention va être décrite ci-dessous, en référence aux dessins
annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dans
lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique illustrant la
répartition des masses d'un bogie moteur appartenant à un véhicule
ferroviaire conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'une partie du
bogie moteur de la figure 1;
- les figures 3 et 4 sont des vues respectivement de côté et
de dessus, à plus grande échelle, du bogie moteur de la figure 1 ; et
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 3, illustrant
une variante de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente, de manière schématique, un véhicule
ferroviaire désigné dans son ensemble par la référence 2. Ce dernier est
muni de plusieurs bogies, dont un seul 4 est illustré sur cette figure.
Ce bogie comporte deux essieux 6, prenant appui sur des rails 8 et
supportant un châssis 10, avec interposition d'une suspension primaire
désignée par les références 12. Le véhicule ferroviaire est également
pourvu d'une caisse 14, partiellement représentée, reposant sur le
châssis 10 du bogie 4, avec interposition d'une suspension secondaire 16.
Chaque essieu 6 est équipé d'un ensemble d'entraînement
correspondant. Seul l'ensemble d'entraînement de l'essieu de la gauche,
sur la figure 1, sera décrit dans ce qui suit, étant entendu que les deux
ensembles d'entraînement sont symétriques par rapport à un axe
transversal médian du bogie. Chaque ensemble d'entraînement comprend un
réducteur, désigné dans son ensemble par la référence 18, qui est équipé
de trois roues dentées 20, 22, 24 illustrées aux figures 3 et 4. La roue
20, solidaire de l'essieu, est une roue d'eritraînement de ce dernier,
CA 02330460 2001-01-09
4
alors que la roue 24 est une roue motrice entraînée par un moteur, comme
cela sera explicité dans ce qui suit, la roue 22 étant une roue
intermédiaire.
Ces roues 20, 22, 24, qui sont disposées les unes derrière les
autres dans la direction d'avancée F du véhicule ferroviaire, sont logées
dans un carter 26 qui est formé de deux demi-éléments, de façon
classique. Le carter 26 tourillonne sur l'axe de l'essieu 6, la roue
d'entraînement 20 est solidaire de l'essieu alors que les deux autres
roues 22 et 24 sont portées par le carter. Les trois axes des roues 20,
22, 24 sont disposés dans un plan incliné faiblement par rapport à
l'horizontale, mais peuvent être disposés de manière différente en
fonction de l'agencement du bogie.
Le carter 26 est pourvu d'une saillie 28 s'étendant
transversalement, disposée vers l'extrémité arrière de ce carter 26
opposée à l'essieu 6. Une bielle 30 s'étendant sensiblement
verticalement, est monté à rotule d'une part sur la saillie 28 du carter
26 et d'autre part dans une chape 32 dont est pourvue une traverse 34 de
la caisse 14 (figure 4). Cette bielle est représentée seulement
partiellement sur la figure 2.
Chaque ensemble d'entraînement comprend également un moteur,
désigné dans son ensemble par la référence 36. Ce dernier, qui est
alimenté par des moyens électriques non représentés, est reçu dans un
logement 38 sensiblement parallélépipédique. Ce moteur, qui est décalé
transversalement par rapport au réducteur 18, se trouve en regard de
l'extrémité de ce réducteur opposée à l'essieu 6. Dans un but de clarté,
le moteur n'est par représenté sur la figure 2 et a été représenté en
traits mixtes sur la figure 3.
Le logement 38 est articulé, autour d'un axe horizontal, à une
traverse 40 du châssis 10 du bogie 4. A cet effet, le logement 38 est
solidaire de deux bras 42, 44 articulés à des chapes 46 dont est pourvue
la traverse 40. Le premier bras 42 s'étend de façon longitudinale alors
que l'autre bras 44 s'étend de manière oblique, étant entendu que les
bras 42, 44 peuvent être parallèles.
Le mouvement de rotation du moteur est transmis à la roue motrice
24 par l'intermédiaire d'un accouplement 48 à dentures bombées, de type
classique.
Le carter 26 est pourvu, à son extrémité opposée à l'essieu 6,
d'une bride 50 faisant saillie à la fois vers le haut et en direction du
moteur. Ce dernier est muni, à sa partie inférieure, d'un nez 52, qui
fait saillie en direction du réducteur et se trouve à l'aplomb de la
bride 50. La bride 50 et le nez 52 sont disposés de part et d'autre de la
roue motrice 24. Une biellette de liaison 54 est montée à rotule, par ses
deux extrémités, respectivement sur la bride 50 et sur le nez 52. Elle
présente, vue de côté, une forme de C et s'éterid au voisinage de l'accou-
plement 48, à l'opposé de celui-ci par rapport à l'essieu 6. Cette
CA 02330460 2001-01-09
biellette permet l'articulation du moteur au réducteur. De façon
avantageuse, la bride 50 et le nez 52 sont disposés de manière à être
alignés avec l'axe de la roue motrice 24, un léger écart d'alignement
étant cependant acceptable.
5 Comme le montre la figure 2, le châssis 10 du bogie 4 est pourvu, à
l'opposé de l'essieu 6 par rapport au moteur 36, c'est-à-dire à son
extrémité avant, d'une traverse tubulaire 56 équipée d'une timonerie non
représentée de freins à disque. Cette timonerie est propre à coopérer
avec des disques 58 solidaire de l'essieu 6, visibles sur la figure 4.
En se référant à nouveau à la figure 1, le centre de gravité g du
réducteur et le centre de gravité g' du moteur 36 sont disposés, vus de
côté, de part et d'autre de la saillie 28, qui constitue le point
d'articulation du réducteur 18 à la bielle 30, et donc à la caisse 14.
Par ailleurs, le moment exercé par le réducteur sur cette saillie 28 est
sensiblement égal au moment exercé par le moteur 36 sur cette même
saillie. En d'autres termes, le produit de la masse m du réducteur par la
distance d séparant le centre de gravité g et la saillie 28 vus de côté,
est sensiblement égal au produit de la masse M du moteur par la distance
d' séparant, vue de côté, la saillie 28 et le point d'articulation du
moteur au réducteur, à savoir la bride 50.
Comme le montre en outre la figure 4, les centres de gravité g, g'
sont disposés, vus de dessus, de part et d'autre de la saillie 28, de
sorte que cette dernière est disposée à peu près au barycentre du système
formé par le moteur et le réducteur.
En service, les déplacements relatifs en transversal et en courbe,
de la caisse par rapport à l'essieu sont comperisés par l'intermédiaire de
la bielle de suspension 30, qui est monté rotulante à ses deux
extrémités. Les déplacements relatifs de l'essieu par rapport au châssis
du bogie sont compensés d'une part par l'intermédiaire des bras 42, 44,
qui possèdent un léger débattement transversal., et d'autre part grâce à
la biellette de liaison 54, qui est mont_"e rotulante à ses deux
extrémités. Le réducteur 18 est lié en translation à l'essieu 6 qui le
reçoit.
La figure 5 représente une variante de l'invention, dans laquelle
le carter 26 possède un plan de joint P s'étendant de façon oblique, de
manière à définir deux éléments de carter 26', 26" . Le premier élément
26' s'étend uniquement au voisinage de l'essieu 6 et de la roue 20, alors
que le deuxième élément 2611, suspendu par la bielle 30, recouvre les
roues 22 et 24. De la sorte, il est possible d'ôter le premier élément
26', de façon à démonter l'essieu et sa roue .20, sans interagir sur les
roues 22 et 24, qui restent suspendues par la bielle 30.
Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, le réducteur 18
est suspendu à la caisse du véhicule, le moteur étant articulé d'une part
au châssis du bogie et d'autre part au réducteur. Il est également
envisageable de suspendre le moteur à la caisse, par l'intermédiaire
CA 02330460 2001-01-09
6
d'une bielle analogue à celle 30 représentée. Le moteur est, dans ce cas,
également articulé au châssis du bogie et le réducteurest uniquement
suspendu au moteur, sans être suspendu directenient à la caisse.
L'invention permet de réaliser les objectifs précédemment
mentionnés. Elle permet en effet de suspendre verticalement à la caisse
une partie importante des masses du moteur et du réducteur. Il convient à
cet égard de noter que, bien que le réducteur et le moteur soient liés
respectivement à l'essieu et au châssis du bogie, ils n'exercent que de
faibles contraintes sur ces éléments.
Par ailleurs, l'invention fait interveriir un très faible nombre
d'éléments mécaniques, puisqu'une unique bielle permet la suspension du
réducteur à la caisse, alors qu'une autre unique biellette assure
l'articulation mutuelle du moteur et du réducteur. Ces éléments
mécaniques sont robustes, de conception simple et de coûts réduits.
L'agencement conforme à l'invention génère peu de mouvements
transversaux entre le réducteur et le moteur. Ceci garantit un
fonctionnement optimal de l'accouplement permettant la transmission entre
ce moteur et ce réducteur et permet de réduire la masse de ces derniers.
Etant donné que le réducteur est décalé longi'Eudinalement par rapport à
l'essieu, il est possible de placer des disques de freinage sur cet
essieu, au sein de l'espace ainsi libéré.
Disposer les centres de gravités respectivement du moteur et du
réducteur de part et d'autre, en vue de côté (figures 1 et 3), du point
d'articulation de la bielle de suspension du réducteur, ou du moteur, à
la caisse est avantageux. Une telle conformation permet en effet aux
moments exercés sur ce point d'articulation à la fois par le moteur et le
réducteur de se compenser. Dans cette optique, il est particulièrement
avantageux que ces moments s'annulent, lorsque les produits des masses
respectivement du réducteur et du moteur, par la longueur des bras de
levier correspondants sont égaux.
Le fait que le centre de gravité du réducteur et di.i moteur soient
disposés, en vue de dessus (figure 4), de part et d'autre du point
d'articulation de la bielle de suspension au réducteur, ou au moteur, est
également avantageux. Ceci confère une excellente stabilité à l'ensemble
formé par ce moteur et ce réducteur, dans la mesure où ce point
d'articulation est situé à peu près au barycentre de cet ensemble.
