Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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BOGIE MOTEUR
La présente invention concerne un bogie moteur pour véhicule ferroviaire
comportant un dispositif de limitation de débattements.
L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, aux bogies
mono-moteur pour des métros sur pneu.
Le dispositif de limitation de débattements transversaux ¨ aussi appelé
butées latérales- a pour fonction de limiter les déplacements transversaux et
le
roulis de la caisse d'un véhicule ferroviaire par rapport au bogie, par
exemple
lorsque le véhicule franchit une courbe. En effet, le véhicule doit s'inscrire
tout au
long de la voie ferroviaire dans les directions transversales et verticales
d'un gabarit
donné, et la caisse de ce véhicule ne doit pas se déplacer dans la direction
transversale comme dans la direction verticale plus que le gabarit ne
l'autorise.
Il est connu que pour un bogie mono-moteur comprenant un moteur
longitudinal, un châssis comprenant deux longerons et deux traverses
d'extrémité,
le carter du moteur est fixé en partie centrale du châssis aux deux longerons
du
bogie et son arbre moteur est disposé parallèlement à ces longerons. Le
châssis
comporte en outre deux extensions latérales, disposées vers l'extérieur par
rapport
aux axes des longerons, pour recevoir des suspensions secondaires. Une
traverse
de charge comprenant une couronne à billes, destinée à supporter la caisse
d'un
véhicule ferroviaire, repose sur ces suspensions secondaires. Deux appuis de
butées sont disposés latéralement sur les longerons, vers l'intérieur par
rapport aux
axes des longerons, dans les espaces compris entre chaque suspension
secondaire et le moteur. Ils coopèrent lors de la rotation du bogie autour
d'un axe
longitudinal, avec des butées disposées sous la traverse de charge, qui
s'étendent
verticalement en direction des longerons.
Ce bogie présente l'inconvénient d'être encombrant dans la direction
transversale du fait du déport latéral des suspensions secondaires vers
l'extérieur
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du châssis. De plus, la nécessité de prévoir des extensions latérales pour
supporter
ces suspensions complexifie la structure du châssis de bogie.
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels
inconvénients en proposant un bogie pour véhicule ferroviaire comprenant un
moteur présentant un carter fixé à deux longerons du bogie, un arbre moteur du
moteur étant disposé parallèlement à ces longerons, des suspensions
secondaires
et une traverse de charge reposant sur les suspensions secondaires,
caractérisé en
ce que ledit bogie comprend un ensemble d'appuis de butées disposés sur le
carter
du moteur et de butées disposées sur la traverse de charge, lesdits appuis de
butées et lesdites butées rentrant en contact l'un avec l'autre lorsqu'une
caisse du
véhicule ferroviaire est en translation et/ou en inclinaison par rapport au
bogie.
Le bogie de l'invention peut également satisfaire également à l'une au moins
des caractéristiques suivantes :
- un appui de butée est constitué par ou comporte une équerre présentant une
base rigidement fixée sur une partie extérieure du carter, et une face d'appui
s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculairement à la base,
(alternativement, l'appui de butée n'est pas nécessairement sous la forme
spécifique d'une équerre mais d'une pièce de forme différente, et, en outre,
il
peut être constitué par ou comporter une pièce rapportée fixée sur la
carcasse moteur afin de reprendre les efforts),
- deux appuis de butées sont rigidement fixés sur la partie extérieure
du carter
située au-dessus de l'arbre moteur,
- une butée comporte ou est constituée d'une plaque rigidement fixée à la
portion de la traverse de charge s'étendant dans un plan sensiblement
perpendiculaire au plan de la traverse de charge en direction du moteur, et
d'un plot en matière élastique fixé sur cette plaque, le plot présentant une
face d'appui sensiblement plane sensiblement parallèle à la plaque,
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- deux butées sont rigidement fixées à une portion de la traverse de charge,
ladite portion étant située au-dessus des suspensions secondaires,
- les faces d'appui des appuis de butées sont orientées vers l'extérieur du
bogie, les faces d'appui de chaque appui de butée sont orientées vers
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l'intérieur du bogie de sorte que les faces d'appui des butées sont disposées
en vis-à-vis des faces d'appui des appuis de butée,
- les suspensions secondaires sont disposées au droit des longerons et
sensiblement dans leur milieu,
- une barre anti-roulis est disposée entre les deux longerons et comporte
deux
bielles disposées de part et d'autre des longerons, reliées à la traverse de
charge.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la
lecture de la description des modes de réalisation du dispositif de limitation
et du
bogie, description faite en liaison avec les dessins dans lesquels:
la figure 1 est une vue en perspective partielle d'un bogie moteur et du
dispositif de limitation conformes à l'invention,
la figure 2 représente une vue transversale partielle du bogie moteur
conforme à l'invention, la vue comportant partiellement une coupe
transversale pour représenter le dispositif de limitation selon l'invention,
la figure 3 représente une vue de dessus partielle du bogie moteur et du
dispositif de limitation conformes à l'invention,
la figure 4 représente une représentation schématique dans la direction
transversale d'une caisse de véhicule ferroviaire reposant sur un bogie
muni d'un dispositif de limitation selon l'état de la technique,
la figure 5 représente une représentation schématique dans la direction
transversale d'une caisse de véhicule ferroviaire reposant sur un bogie
muni d'un dispositif de limitation selon l'invention,
la figure 6 représente une représentation schématique dans la direction
75 transversale d'une caisse de véhicule ferroviaire reposant sur un
bogie
muni d'un dispositif de limitation selon l'invention et dont les suspensions
secondaires sont recentrées dans la direction transversale.
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Pour faciliter la lecture des dessins, seuls les éléments nécessaires à la
compréhension de l'invention ont été représentés. Les mêmes éléments portent
les
mêmes références d'un dessin à l'autre.
Dans la description, les termes vertical et horizontal sont définis
par
rapport à une caisse de véhicule ferroviaire reposant sur au moins un bogie.
Ainsi,
un plan horizontal XY est sensiblement parallèle au plan de roulement et le
plan
vertical-longitudinal XZ est sensiblement parallèle au plan dans lequel
s'étendent
les roues. Le terme longitudinal est défini par rapport à la direction
dans
laquelle s'étend la caisse d'un véhicule ferroviaire dans un plan horizontal
et le
terme transversal est défini selon une direction sensiblement
perpendiculaire à
la direction longitudinale dans un plan horizontal.
La figure 1 est une vue en perspective partielle du bogie conforme à
l'invention. Le bogie 1 comprend deux longerons 2 s'étendant dans la direction
longitudinale, un moteur longitudinal 4, à rotor intérieur. Le carter 6 du
moteur est
fixé aux longerons 2 de part et d'autre dans la direction transversale par une
pièce
d'interface 8. Cette pièce est dimensionnée de manière à faire passer les
efforts
transversaux supportés par le carter du moteur. La figure 2 montre la fixation
de
cette pièce d'interface 8 au carter 6 par des vis 10. L'arbre 12 du moteur 4
est
sensiblement parallèle à l'axe des longerons 2. Une suspension secondaire 14
est
disposée approximativement au milieu de chaque longeron 2, dans la direction
longitudinale. Elle est ici réalisée au moyen d'une suspension pneumatique
bien
connue de l'homme du métier. Une traverse de charge 16 est disposée
transversalement et repose par ses deux extrémités transversales sur les deux
suspensions secondaires 14. Elle supporte en son centre une couronne à billes
18,
dont la couronne intérieure 20 comporte des moyens de fixation aptes à être
rigidement fixés à la caisse d'un véhicule ferroviaire, tandis que la couronne
extérieure 22 est rigidement fixée à la traverse de charge 16. La surface
supérieure
de la couronne à billes 18 définit un plan d'appui sensiblement horizontal de
la
caisse sur le bogie 1.
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Le dispositif de limitation de débattements transversaux entre le bogie 1 et
la
caisse (non représentée) comprend un ensemble d'appui de butées 24 et de
butées
26, disposés sur le carter 6 du moteur 4 et sur la traverse de charge 16. Plus
précisément, dans l'exemple des figures 1 à 3, deux appuis de butées 24 sont
5 rigidement fixés sur le carter 6, tandis que deux butées 26 sont
rigidement fixées
sur la traverse de charge 16.
Chaque appui de butée 24 est en forme d'équerre présentant une base 28
rigidement fixée sur une partie extérieure 30 du carter, disposée en partie
haute au-
dessus de l'arbre moteur 12, sensiblement sous la couronne à billes 18. La
base 28
est sensiblement parallèle au plan d'appui de la caisse sur le bogie 1, et une
face
d'appui 32 s'étend dans un plan sensiblement perpendiculairement à la base 28,
en
direction de la couronne à billes 18, jusqu'à une hauteur ne dépassant pas le
plan
d'appui horizontal de la caisse sur le bogie. Les faces d'appui 32 sont
orientées
chacune vers l'extérieur du bogie 1. L'appui de chaque butée présente ainsi
une
forme de triangle à angle droit, dont l'hypoténuse est orientée vers le centre
du
bogie 1.
En variante, la base 28 de chaque appui de butée 24 pourrait également
reposer sur une partie extérieure 30 du carter 6 qui n'est pas strictement
parallèle
au plan d'appui de la caisse sur le bogie 1. Cela peut être le cas notamment
lorsque
le carter 6 du moteur est cylindrique.
Chaque butée 26 est constituée d'une plaque 34 s'étendant dans un plan
sensiblement perpendiculaire au plan d'appui de la caisse sur le bogie 1, et
d'un
plot en matière élastique 36 (par exemple du caoutchouc) fixé sur cette plaque
34.
Le plot présente une face d'appui 38 sensiblement plane et parallèle à la
plaque 34,
orientée vers l'intérieur du bogie 1. La plaque 34 est rigidement fixée à
l'intérieur
d'un évidement 40 d'une portion 42 surélevée de la traverse de charge 16, la
portion surélevée 42 étant située à l'intérieur de la couronne à billes 18. La
butée
complète 26 (plaque 34 et plot en matière élastique 36) est donc disposée à
une
hauteur supérieure à celle de la surface d'appui de la traverse de charge 16
sur les
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suspensions secondaires 14, et à une hauteur inférieure à celle du plan
d'appui de
la caisse surie bogie 1.
La portion surélevée 42 de la traverse de charge 16 comprend deux
évidements 40. Dans chacun d'eux s'étendent une butée 26 et un appui de butée
24. La face d'appui 38 de chaque butée 26 est disposée en vis-à-vis de la face
d'appui 32 de l'appui de butée 24. Les deux faces d'appui 38, 32 sont
parallèles
lorsque la caisse du véhicule ferroviaire n'est ni en translation ni en
inclinaison par
rapport au bogie 1. Elles sont alors généralement séparées par une distance,
appelée jeu de butées, de par exemple 20 à 35 mm. Elles rentrent en contact
l'une
avec l'autre lorsque la caisse est en translation et /ou en inclinaison par
rapport au
bogie 1. Le plot en matière élastique 36 assure la progressivité de la reprise
de
l'effort transversal. Il peut avoir différentes formes, tant qu'il assure une
progressivité de raideur à l'écrasement.
La disposition de l'ensemble du dispositif de limitation est tel que le
contact
entre les faces d'appui 38, 32 s'effectue à une hauteur supérieure à celle du
dessus
des suspensions secondaires 14 et à une hauteur inférieure à celle du plan
d'appui
de la caisse sur le bogie 1. Ceci a pour effet d'augmenter la hauteur du
centre de
roulis de la caisse reposant sur le bogie.
Le bogie moteur 1 comprend classiquement une barre anti-roulis 44 fixée de
part et d'autre aux longerons 2 et reliée par des bielles 46 à chacune de ses
extrémités à la traverse de charge 16. Ceci permet d'améliorer la stabilité du
bogie
puisque les suspensions secondaires 14 sont, par rapport au bogie de l'état de
la
technique, recentrées vers l'intérieur du bogie 1.
Le déplacement du dispositif de limitation de débattements transversaux
présente deux avantages. D'une part, lorsque y est associé le recentrage des
suspensions secondaires au droit des longerons 2, l'encombrement dans la
direction transversale est significativement réduit (environ 25% de moins que
l'encombrement du bogie de l'état de la technique cité précédemment), ce qui
permet de diminuer les moments de flexion et de torsion qui s'exerçaient sur
le
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châssis, dus notamment à l'excentration de la charge des suspensions
secondaires
sur les extensions latérales du bogie de l'état de la technique. Le recentrage
des
suspensions secondaires permet également de supprimer les extensions latérales
et de diminuer la masse du bogie. D'autre part, la hauteur du centre de roulis
est
augmentée, ce qui permet soit, à équi- positionnement des suspensions
secondaires, un gain sur les débattements de la caisse en excès ou en
insuffisance
de dévers, soit, dans le cas d'une suspension secondaire recentrée et
complétée
d'une barre anti-roulis, comme dans le mode de réalisation ici expliqué,
d'obtenir les
mêmes débattements de la caisse disposée sur un bogie équipé de dispositif de
limitation de l'état de la technique.
L'effet du relèvement de la hauteur du centre de roulis est expliqué sur la
base des figures 4, 5 et 6. Dans ces figures, les paramètres utilisés sont
définis
comme suit :
Le repère 0 d'axes Y -Z défini le plan de roulement (axe Y) et l'axe de
référence de la voie (axe Z),
Le repère P, d'axes Yp-Zp défini le plan du châssis de bogie (traits en gras),
Le repère Si d'axes Ys-Zs défini le plan de la caisse (double trait),
M est le point le plus critique de la caisse, c'est-à-dire le plus pénalisant
vis-
à-vis du gabarit G imposé par l'infrastructure,
70 Dp est le déplacement transversal du châssis de bogie dans le repère
0;
dans le cas d'un bogie pneu, il est la somme de l'écrasement latéral du
pneumatique et du jeu latéral roue de guidage usée / rail neuf,
Ds est le déplacement transversal de la caisse par rapport au châssis de
bogie, dû au déplacement en transversal de la suspension secondaire,
75 a est l'angle d'inclinaison du châssis de bogie par rapport au plan
de
roulement Y,
est l'angle d'inclinaison de la caisse par rapport au châssis de bogie,
Hs est la hauteur de l'axe de rotation de la suspension secondaire par
rapport au plan de roulement Y,
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G est le gabarit. Il donne la distance maximale admissible du point critique M
de la caisse par rapport à l'axe Z de la voie de référence,
L est la demi-largeur de la caisse. La figure 4 montre un véhicule ferroviaire
comportant une caisse définie par le repère S1 de demi-largeur L1 au point M,
reposant sur un bogie de l'état de la technique défini par le repère P1. Le
dispositif
de limitation des débattements transversaux de l'état de la technique repose
sur le
châssis de bogie, entre les suspensions secondaires 14 et le moteur (le
dispositif de
limitation n'est pas représenté pour des raisons de clarté). Le contact entre
les
butées et les appuis de butée s'effectue dans un plan situé à une hauteur HS1
dans
le repère 0, inférieure à celle du plan d'appui de la traverse de charge 16
sur les
suspensions secondaires 14.
Lorsque le véhicule entre en courbe, ou, plus simplement lorsqu'il s'incline
en
alignement, le bogie subit une inclinaison d'angle a et la caisse subit à la
fois un
déplacement transversal Ds et une inclinaison d'angle 6i. Le véhicule doit
respecter
le gabarit G de la voie pour ne pas venir en contact avec des éléments de
l'infrastructure, que ce soit en ligne droite ou en courbe. La demi-largeur L1
de la
caisse doit donc être telle que les déplacements transversaux induits
n'engagent
pas le gabarit G.
La figure 5 montre un véhicule ferroviaire comportant une caisse définie par
le repère S2 reposant sur un bogie défini par le repère P2 dont le
positionnement
des suspensions secondaires 14 est identique au bogie de la figure 4, mais
dont le
dispositif de limitation des débattements transversaux selon l'invention est
relevé à
une hauteur Hs2 > Hsl. Hs2 est supérieure à la hauteur du plan d'appui de la
traverse de charge 16 sur les suspension g secondaires 14 dans le repère O.
Lorsque le véhicule entre en courbe, le relèvement de la hauteur de l'axe de
rotation
des suspensions secondaires a pour effet de relever le point autour duquel la
caisse
tourne. La caisse subit le même déplacement latéral Os et tourne du même angle
Ci
que dans le cas illustré en figure 4: le point critique M est donc toujours
situé au
même endroit mais il est à présent distant de l'axe de la caisse Zs d'une
distance L2
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plus grande que la distance L1 du cas illustré en figure 4 (l'axe de la caisse
Zs du
cas illustré en figure 4 est indiqué sur la figure 5 en double trait et
pointillé). Cela
signifie que la largeur du véhicule peut alors passer à 2 fois L2, supérieur à
L1, tout
en respectant le même gabarit G.
La figure 6 montre un véhicule ferroviaire comportant une caisse identique à
celle de la figure 5, reposant sur un bogie défini par le repère P3 dont le
dispositif de
limitation des débattements transversaux, selon l'invention, reste relevé à
une
hauteur Hs2 supérieure à la hauteur du plan d'appui de la traverse de charge
16 sur
les suspensions secondaires 14 dans le repère P comme sur la figure 5. Dans la
figure 6, les suspensions secondaires 14 sont rapprochées l'une de l'autre
dans la
direction transversale. Le bogie comporte également une barre anti-roulis 44
et des
bielles 46. Le dispositif de débattement transversaux selon l'invention repose
sur le
carter du moteur, à la distance Hs2 identique au cas illustré en figure 5, et
le contact
entre les butées et les appuis de butée s'effectue dans un plan situé à une
hauteur
supérieure à celle du plan d'appui de la traverse de charge 16 sur les
suspensions
secondaires 14.
Lorsque le bogie entre en courbe, la caisse s'incline d'un angle P, différent
et généralement supérieur à f31, ce en fonction de l'efficacité de la barre
anti-roulis.
Cette barre anti-roulis est définie pour qu'au moins l'effet de l'inclinaison
en
roulis de la caisse d'angle (32 ne soit pas, au point M, supérieur à l'effet
obtenu dans
la figure 4, ce grâce au fait que la distance Hs2 au point M est plus grande
que la
distance Hsi au point M identique de la figure 4. La largeur du véhicule peut
alors
être au moins équivalente à L1, tout en respectant le même gabarit G.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation
décrit
et illustré qui n'a été donné qu'a titre d'exemple.
