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VÉHICULE FERROVIAIRE POURVU D'UN NIVELLEMENT ET
PROCÉDÉ DE CIRCULATION ASSOCIÉ
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un véhicule ferroviaire comprenant au moins une
voiture et au moins un bogie portant la voiture, le bogie comprenant :
- un châssis, et
- un système de suspension secondaire entre le châssis et la voiture, le
système de
suspension secondaire comprenant un ensemble de ressort monté entre le châssis
et la
voiture.
TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Afin de faciliter la montée et la descente de personnes et/ou de marchandise,
il est
avantageux de pouvoir régler la hauteur de la voiture, afin de l'adapter à
celle du quai.
Le document US 2015021445 décrit un véhicule ferroviaire comprenant une
voiture et
un bogie, un ressort de suspension s'étendant entre la voiture et le bogie. Un
piston est apte
à lever ou descendre le point bas du ressort relié au bogie. Par
l'intermédiaire du ressort, la
hauteur de la voiture est variable. Cela permet notamment de réduire la
distance verticale
entre le plancher de la voiture et un quai.
Cependant il convient alors de régler la hauteur de la voiture à chaque arrêt
à quai.
Cela nécessite par exemple un asservissement afin de connaître la hauteur
actuelle de la
voiture par rapport à la hauteur souhaitée, qui est notamment fonction de la
masse des
personnes et/ou de la marchandise à bord de la voiture et d'autres variables.
Ce système de nivellement est donc compliqué à mettre en oeuvre.
SOMMAIRE
L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient en proposant
un
système de nivellement facile à mettre en uvre.
A cet effet, l'invention a notamment pour objet un véhicule ferroviaire du
type précité,
dans lequel le système de suspension secondaire comprend un vérin, muni d'un
piston
s'étendant au moins partiellement entre une butée haute solidaire de la
voiture et une butée
basse solidaire du châssis, et un dispositif d'alimentation du vérin, le
dispositif d'alimentation
du vérin étant propre à alimenter le vérin de sorte que la distance entre les
butées haute et
basse soit maintenue constante par le vérin.
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Le vérin maintient ainsi le châssis et la voiture à une distance constante
dans la
direction verticale, sans dépendre notamment de la charge du véhicule. La
distance est, par
exemple, choisie pour que la hauteur du plancher de la voiture à l'arrêt dans
une station soit
sensiblement égale à la hauteur du quai de cette station.
Un véhicule ferroviaire selon l'invention peut comporter en outre l'une ou
plusieurs des
caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons
techniquement
possibles :
- la butée haute et la butée basse sont alignées verticalement,
- le vérin comprend un cylindre, le piston séparant le cylindre en une
chambre haute
et une chambre basse, et en ce que le dispositif d'alimentation du vérin est
configuré pour
alimenter les chambres haute et basse,
- le dispositif d'alimentation du vérin est propre à alimenter le vérin de
sorte que le
piston soit sensiblement compris entièrement dans le cylindre,
- le vérin comprend un cylindre, le piston séparant le cylindre en une
chambre haute
et une chambre basse, et en ce que le dispositif d'alimentation du vérin est
configuré pour
alimenter seulement l'une des chambres haute et basse, l'autre des chambres
haute et
basse étant équipée d'un ressort de rappel configuré pour ramener le piston
dans une
position de repos à l'intérieur du cylindre, lorsque le vérin n'est pas
alimenté par le dispositif
d'alimentation,
- le dispositif d'alimentation du vérin est propre à alimenter le vérin de
sorte que le
piston vienne en contact avec la butée basse et la butée haute, le vérin étant
alors dans une
position de débattement vertical maximal et la distance entre les butées haute
et basse étant
maintenue constante,
- le vérin comprend un cylindre solidaire de la voiture, en ce que le
piston comprend
une tête et une tige s'étendant depuis la tête et traversant le cylindre, et
en ce que le
dispositif d'alimentation du vérin est propre à alimenter le vérin de sorte
que la tête du piston
soit maintenue en butée contre la butée haute et que la tige du piston soit
maintenue en
butée contre la butée basse,
- le cylindre comprend une extrémité, la butée haute étant fixée à ladite
extrémité, la
butée haute étant munie d'un orifice de passage de la tige, et
- le vérin est situé à l'intérieur de l'ensemble de ressort selon un axe
principal de la
suspension secondaire.
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L'invention concerne également un procédé de circulation d'un véhicule
ferroviaire tel
que défini précédemment, comprenant les étapes suivantes :
- circulation du véhicule ferroviaire, le vérin étant alimenté par le
dispositif
d'alimentation, de sorte à permettre un déplacement relatif entre le châssis
et la voiture, et
- arrêt du véhicule ferroviaire à un quai, le vérin étant alimenté par le
dispositif
d'alimentation, de sorte à maintenir constante la distance entre le châssis et
la voiture.
Les termes vertical et horizontal s'entendent de manière générale par
rapport
aux directions usuelles d'un véhicule ferroviaire circulant sur des rails.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre,
donnée
uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées
parmi lesquelles :
Figure 1 est une vue schématique d'un véhicule ferroviaire à l'arrêt à une
station selon
un premier exemple de réalisation de l'invention,
Figure 2 est une vue schématique en coupe selon un plan vertical d'un système
de
suspension secondaire du véhicule ferroviaire de la figure 1, conforme à un
premier mode de
réalisation de l'invention, et
Figure 3 est une vue analogue à la figure 2 d'un système de suspension
secondaire
conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Un véhicule ferroviaire 10 à l'arrêt dans une station est représenté à la
figure 1.
La station comprend au moins un quai 12, tel que le véhicule ferroviaire 10
est arrêté
le long du quai 12.
Le véhicule ferroviaire 10 comprend au moins une voiture 14 et au moins un
bogie 16
portant la voiture 14.
Le bogie 16 s'étend par exemple à une extrémité de la voiture 14 et supporte
deux
voitures adjacentes.
Selon un mode de réalisation conventionnel, la voiture 14 est supportée par
deux
bogies 16 à chacune de ses extrémités.
La voiture 14 présente un volume intérieur 18 vide configuré pour recevoir des
personnes ou des biens à transporter.
Le volume intérieur 18 communique avec l'extérieur par au moins une porte 19.
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Le volume intérieur 18 est notamment délimité par un plancher inférieur 20,
sur lequel
évolue les personnes et/ou les marchandises.
Le bogie 16 comprend un châssis 22 et un système de suspension secondaire 24
entre le châssis 22 et la voiture 14.
Le système de suspension secondaire 24 permet de reprendre les débattements
verticaux entre la voiture 14 et le bogie 16. Le système de suspension
secondaire permet
notamment d'assurer à la fois la fonction de suspension entre la voiture 14 et
le bogie 16 et la
fonction de positionnement vertical de la voiture 14 par rapport au quai de
gare 12.
A cet effet, le système de suspension secondaire 24, représenté à la figure 2,
comprend un ensemble 26 de ressort monté entre le châssis 22 et la voiture 14
et assurant la
fonction de suspension et un vérin 28 assurant une fonction de positionnement
vertical de la
voiture 14 par rapport au quai de gare 12.
Le système de suspension secondaire 24 comprend en outre un dispositif
d'alimentation 30 du vérin 28, une butée haute 32 solidaire de la voiture 14
et une butée
basse 34 solidaire du châssis 22.
La butée haute 32 et la butée basse 34 sont destinées à limiter le débattement
vertical
du vérin 28.
Le système de suspension secondaire 24 s'étend selon un axe principal X.
L'axe principal X est vertical.
L'ensemble 26 de ressort s'étend selon l'axe principal X.
Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, l'ensemble 26 de
ressort
comprend un ressort interne 36 et un ressort externe 38.
Le ressort interne 36 et le ressort externe 38 sont des ressorts hélicoïdaux
et
coaxiaux, ayant pour axe central l'axe principal X.
Ils s'étendent chacun entre le châssis 22 et la voiture 14. Ils sont, en
outre, solidaires
du châssis 22 et de la voiture 14.
Le diamètre du ressort interne 36 est inférieur au diamètre du ressort externe
38, de
sorte que le ressort interne 36 s'étend dans le volume interne du ressort
externe 38.
Le ressort interne 36 et le ressort externe 38 ont des sens d'enroulement
opposés.
Lorsque la voiture 14 est vide, le ressort interne 36 et le ressort externe 38
ont, par
exemple, une hauteur définie verticalement comprise entre 270 mm et 275 mm.
Le diamètre du ressort interne 36 est sensiblement égal à 140 mm. Le diamètre
du
ressort externe 38 est sensiblement égal à 270 mm.
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La flexibilité de l'ensemble 26 de ressort est environ égale à 21 mm pour 1000
daN, la
flexibilité étant définie comme la perte de hauteur par unité de charge.
L'ensemble 26 de ressort permet un déplacement relatif entre le châssis 22 et
la
voiture 14.
La butée basse 34 s'étend selon l'axe principal X entre une première extrémité
70,
solidaire du châssis 22, et une deuxième extrémité 72, en regard de la butée
haute 32.
La butée basse 34 s'étend radialement autour de l'axe principal X et au moins
partiellement dans le volume interne du ressort interne 36.
La deuxième extrémité 72 présente un appui 74 de butée basse.
Le vérin 28 s'étend entre la voiture 14 et le bogie16.
Le vérin 28 est situé à l'intérieur de l'ensemble de ressort 26 selon l'axe
principal X.
Le vérin 28 s'étend au moins partiellement dans le volume intérieur du ressort
interne 36.
Le vérin 28 est, par exemple, hydraulique.
Le vérin 28 comprend, de manière classique, un cylindre 40 et un piston 42.
Le cylindre 40 s'étend entre une première extrémité 44, solidaire de la
voiture, et une
deuxième extrémité 46, en regard de la butée basse 34, selon l'axe principal
X.
Le cylindre 40 est fermé par la voiture 14 en sa première extrémité 44.
La butée haute 32 est ici présente à la deuxième extrémité 46 du cylindre 40.
La butée haute 32 s'étend radialement autour de l'axe principale X.
La butée haute 32 présente une surface interne 62 fermant partiellement le
cylindre
40 et une surface externe 64 en regard de la butée basse 34.
La butée haute 32 définit un orifice 61 de passage, plus particulièrement en
son
centre.
Le piston 42 est mobile dans le cylindre 40 et comprend une tête 48 et une
tige 50
solidaire de la tête 48.
Le piston 42 s'étend partiellement entre la butée haute 32 et la butée basse
34.
La tête 48 est apte à coulisser dans le cylindre 40.
La tête 48 sépare le cylindre 40 en deux chambres isolées, à savoir une
chambre
haute 52 et une chambre basse 54.
La chambre basse 54 est partiellement délimitée par la butée haute 32.
La tête 48 comprend une extrémité haute 56 en regard de la première extrémité
44 et
une extrémité basse 58 en regard de la deuxième extrémité 46.
L'extrémité basse 58 est apte à venir en butée contre la butée haute 32.
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La tige 50 est propre à traverser la butée haute 32 suivant l'axe principal X
au niveau
de l'orifice 61 de passage et comprend une extrémité libre 60 apte à être en
contact avec la
butée basse 34.
Le vérin 28 est propre à être déployé dans une position de débattement
vertical
maximal via le dispositif d'alimentation 30, dans laquelle l'extrémité basse
58 entre en contact
avec la butée haute 32 et l'extrémité libre 60 est en contact avec la butée
basse 34, plus
particulièrement au niveau de l'appui 74 de butée basse.
Avantageusement, la butée haute 32 est munie, au niveau de la surface interne
62,
d'un moyen 65 d'amortissement des contacts entre l'extrémité basse 58 et la
butée haute 32,
notamment lorsque le piston 42 est dans la position de débattement vertical
maximal du vérin
28.
En variante ou additionnellement, la tête 48, plus particulièrement
l'extrémité basse
58, est munie de moyen d'amortissement des contacts entre l'extrémité basse 58
et la butée
haute 32, notamment lorsque le vérin 28 est dans la position de débattement
vertical
maximal.
Avantageusement, la surface externe 64 est munie d'un dispositif
d'amortissement 66
configuré pour amortir les contacts entre la surface externe 64 et la butée
basse 34. Le
dispositif d'amortissement 66 est élastique. La rigidité verticale de
compression du dispositif
d'amortissement 66 est par exemple environ de 70 à 100 daN/mm.
Le dispositif d'amortissement 66 et l'appui de butée basse 74 sont alignés
verticalement, plus particulièrement suivant l'axe principal X, et se font
face, c'est-à-dire qu'ils
délimitent entre eux un espace s'étendant selon X.
Le dispositif d'alimentation 30 est apte à alimenter le vérin 28 en fluide,
par exemple
en huile, ayant ici une pression comprise entre 50 bars et 150 bars.
Le dispositif d'alimentation 30 est configuré pour commander le déplacement du
piston 42 dans le cylindre 40.
Le dispositif d'alimentation 30 est notamment configuré pour commander le
déplacement du piston 42 dans la position de débattement vertical maximal du
vérin 28 en
créant une différence de pression entre la chambre haute 52 et la chambre
basse 54 pour
déplacer le piston 42 afin qu'il entre en contact avec la butée basse 34 et la
butée haute 32.
Le dispositif d'alimentation 30 comprend, par exemple, un réservoir (non
représenté)
positionné au niveau de la voiture 14 et un conduit d'alimentation 68
configuré pour alimenter
en fluide la chambre haute 52 et la chambre basse 54.
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Le conduit 68 relie le réservoir et les chambres haute 52 et basse 54.
La butée haute 32 et la butée basse 34 sont rigides. Elles sont par exemple
réalisées
en acier.
La butée haute 32 vient limiter le débattement vertical du vérin 28 lorsque le
piston est
déplacé dans la position de débattement vertical maximal. La butée haute 32
limite le
déplacement du cylindre 40 et de la voiture 14 vers le haut, c'est-à-dire à
l'opposé de la
butée basse 34.
La butée basse 34 vient limiter le débattement vertical du vérin 28 lorsque le
piston
est déplacé dans la position de débattement vertical maximal. La butée basse
34 limite le
déplacement du piston 42 vers le bas, c'est-à-dire à l'opposé de la voiture
14.
Le fonctionnement du système de suspension secondaire 24 et notamment du vérin
28 va maintenant être expliqué plus en détails, à l'aide de la description
d'un procédé de
circulation du véhicule ferroviaire 10.
Dans une première étape, le véhicule ferroviaire 10 circule sur une voie 78 et
à
distance du quai 12, par exemple à plus de 1 kilomètre du quai 12.
Le dispositif d'alimentation 30 permet un déplacement relatif entre le châssis
22 et la
voiture 14 et les ressorts 36, 38 sont libres de jouer leur fonction de
suspension.
Le dispositif d'alimentation 30 n'alimente alors, par exemple, pas le vérin
28.
Le piston 42 est, par exemple, sensiblement entièrement rentré à l'intérieur
du
cylindre 40 et la distance entre la voiture 14 et le châssis 22 varie, par
exemple, selon les
mouvements du véhicule ferroviaire 10, c'est-à-dire de l'ensemble de ressorts
26, ou selon
les éventuels contacts du vérin 28 avec la butée basse 34.
Dans cette première étape, la butée haute 32, plus particulièrement le
dispositif
d'amortissement 66, est propre à venir en contact avec l'appui de butée basse
74 suivant les
mouvements de la voiture 14 par rapport au châssis 22. Le dispositif
d'amortissement 66
permet alors notamment de limiter l'usure mécanique du système de suspension
secondaire
24.
En d'autres termes, lors de la première étape, le piston 42 n'est pas maintenu
en
butée contre les butées haute et basse. Il est par exemple distant des butées
haute et basse
suivant l'axe X.
En variante, lors de la première étape, le dispositif d'alimentation 30
alimente le vérin
28 pour maintenir le piston 42 dans une position de débattement vertical
minimal du vérin,
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également appelée position de repos, dans laquelle le piston 42 est
sensiblement
entièrement rentré à l'intérieur du cylindre 40.
Puis, dans une deuxième étape, le véhicule ferroviaire 10 s'arrête à une
station le long
d'un quai 12.
Le vérin 28 est alors alimenté par le dispositif d'alimentation 30, de sorte à
maintenir
constante la distance entre le châssis 22 et la voiture 14 et à empêcher le
mouvement des
ressorts 36, 38. En d'autres termes, le vérin 28 est mis sous pression de
sorte à maintenir la
distance entre les butées haute 32 et basse 34 constante et à empêcher le
libre mouvement
de l'ensemble de ressorts 26.
La distance entre les butées haute 32 et basse 34 est maintenue sensiblement
égale
à la hauteur de la tige 50 et est, par exemple, comprise entre 20 cm et 40 cm,
de préférence
égale à 30 cm.
Plus précisément, le dispositif d'alimentation 30 alimente le vérin 28, de
sorte à
déplacer et à maintenir le piston 42 dans la position de débattement vertical
maximal.
Le piston est alors déplacé vers le bas en direction de la butée basse, de
sorte que
l'extrémité libre 60 entre en contact avec la deuxième extrémité 72 de la
butée basse, plus
particulièrement avec l'appui de butée basse 74. Puis, le cylindre 40 se
déplace vers le haut,
le long de la tige 50, jusqu'à ce que la butée haute 32 vienne en appui contre
l'extrémité
basse 58 de la tête 48 du piston 42.
Le vérin 28 est alors en position de débattement vertical maximal. La tête 48
est
maintenue en butée contre la butée haute 32 et la tige 50 est maintenue en
butée contre la
butée basse 34. La hauteur entre la voiture 14 et le châssis 22 est alors fixe
et correspond au
débattement verticale maximal du vérin 28.
La distance entre la voiture 14 et le châssis 22 est, par exemple, telle que
la hauteur
au sol du plancher 20 de la voiture 14 est sensiblement égale à la hauteur au
sol du quai 12,
c'est-à-dire que le plancher 20 et le quai 12 s'étendent dans un même plan
horizontal.
Enfin, le véhicule ferroviaire 10 démarre de la station et le vérin 28 est
alors alimenté
par le dispositif d'alimentation 30 ou non, de sorte à permettre un
déplacement relatif entre le
châssis 22 et la voiture 14 et à ce que les ressorts 36, 38 soient libres de
jouer leur fonction
de suspension.
En variante, l'alimentation du vérin 28 par le dispositif d'alimentation 30
commence
avant l'arrêt du véhicule ferroviaire 10, de sorte qu'à l'arrêt du véhicule
ferroviaire 10 le
plancher est déjà à hauteur de quai.
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En variante, la butée haute 32 et/ou la butée basse 34 font partie
respectivement de la
voiture 14 et/ou du châssis 22.
Alternativement, le piston 42 du vérin 28 est solidaire de la butée basse 34
et entre en
contact avec la butée haute 32 lorsque le vérin 28 est alimenté par le
dispositif d'alimentation
30.
Alternativement, le montage du vérin est inversé et le cylindre 40 est par
exemple
solidaire du châssis, tandis que le piston 42 se déplace en direction de la
voiture 14 lorsqu'il
est alimenté par le dispositif d'alimentation 30. Dans cette variante, le
cylindre 40 forme par
exemple la butée basse tandis que la butée haute est positionnée au niveau de
la voiture 14
en regard de la tige 50.
Alternativement, la butée haute 32 est formée par une pièce solidaire à la
voiture 14
et est avantageusement positionnée à l'intérieur du cylindre 40.
Alternativement, le piston 42 s'étend entre la butée haute 32 et la butée
basse 34.
Un deuxième mode de réalisation de l'invention est représenté à la figure 3 et
sera
décrit ci-après. Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention, un
système de
suspension secondaire 124, différent du système de suspension secondaire 24
présenté ci-
dessus est utilisé.
Par la suite, seules les différences entre le système de suspension secondaire
124 et
le système de suspension secondaire 24 seront présentées et les éléments
similaires ne
seront pas à nouveau présentés et porteront les mêmes références.
Le système de suspension secondaire 124 est globalement similaire au système
de
suspension secondaire 24 et diffère simplement en ce qu'il comprend un
dispositif
d'alimentation 130 différent et un ressort de rappel 133 positionné à
l'intérieur de la chambre
basse 54.
Le dispositif d'alimentation 130 est configuré pour alimenter seulement l'une
des
chambres haute et basse, à savoir la chambre haute 52 dans l'exemple présenté
à la figure
3.
Le dispositif d'alimentation 130 comprend un conduit d'alimentation 68
configuré pour
alimenter uniquement la chambre haute 52.
Le ressort de rappel 133 est configuré pour ramener le piston 42 dans la
position de
débattement vertical minimal, à l'intérieur du cylindre 40, lorsque le vérin
n'est pas alimenté
par le dispositif d'alimentation 30.
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Le ressort de rappel 133 est positionné dans la chambre basse entre la
deuxième
extrémité 46 et l'extrémité basse 58.
En variante, lorsque le dispositif d'alimentation est configuré pour alimenter
la
chambre basse, le ressort de rappel est positionné dans la chambre haute entre
la première
extrémité 44 et l'extrémité haute 56.
Le ressort de rappel 133 permet, par exemple, de maintenir le vérin 28 dans la
position de débattement vertical minimal dans laquelle le piston 42 est
sensiblement rentré
entièrement à l'intérieur du cylindre 40.
Dans les deux modes de réalisation de l'invention, la butée haute 32, la butée
basse
34 et le vérin 28, lorsqu'il est alimenté afin d'être dans sa configuration de
débattement
maximal, permettent d'assurer que la voiture soit facilement accessible à
partir du quai. Cela
favorise notamment le déplacement des personnes à mobilité réduite ou le
chargement de
marchandises encombrantes et/ou lourdes.
La butée haute 32, la butée basse 34 et le vérin 28, lorsqu'il est alimenté
afin d'être
dans la position de débattement maximal, forment alors un ensemble non
deformable de
hauteur constante. En effet, le piston 42 est alors en contact avec la butée
haute 32 et la
butée basse 34 et forment avec les butées haute et basse un ensemble rigide.
Les systèmes de suspension secondaire 24, 124 assurent un système de
nivellement
facile à mettre en oeuvre et ne nécessitant pas de rétrocontrôle de la hauteur
du plancher de
la voiture.
Les modes de réalisation décrits ci-dessus sont propres à être combinés entre
eux
pour donner lieu à d'autres modes de réalisation de l'invention.
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