DISPOSITIF DE SUSPENSION ET D'AMORTISSEMENT POUR VEHICULES FERROVIAIRES A ESSIEUX ORIENTABLES
L'invention se rapporte à un dispositif de suspension et d'amortissement pour véhicules ferroviaires â essieux orientables, du type connu, par exemple, par le brevet français 1.256.132, les certificats d'addition 77428 et 82179 rattachés au brevet français précité ainsi que par les brevets français 2.477.090 et 2.490.172.
Les dispositifs de suspension et d'amortissement de ce type qui peuvent être utilisés pour rendre orientables les essieux d'un boggie par rapport au châssis de boggie ou les essieux d'un agon par rapport au châssis ou à la caisse du wagon, comprennent, pour chaque essieu, deux boîtes d'essieux sur chacune desquelles le châssis à suspendre prend appui par deux ressorts hélicoïdaux de compression disposés de part et d'autre de la boîte.
Chaque ressort est coiffé d'un chapeau et la liaision entre le châssis et les deux chapeaux est assurée par deux paires d'éléments de liaison articulés sur les chapeaux et sur le châssis de telle manière que les lignes d'action des deux paires d'éléments de liaison convergent vers le bas.
La boîte d'essieu présente, dans la direction longitudinale du châssis, une liberté de déplacement limitée par deux plaques de garde solidaires du châssis et deux poussoirs guidés dans les dites plaques de garde sont intercalés entre les chapeaux et la boîte d'essieu, ces poussoirs frottant sur les deux côtés opposés de la boîte d'essieu.
Les poussoirs sont guidés dans les plaques de garde solidaires du châssis è suspendre de manière à être mobiles suivant leurs axes, les axes des poussoirs étant orthogonaux à l'axe de l 'essieu lorsque ce dernier n'a pas subi d'orientation.
Lorsque l 'essieu a subi une orientation, les axes des poussoirs ne sont plus perpendiculaires à l 'axe de l 'essieu et les conditions de frottement des poussoirs sur les côtés de la boîte d'essieu se trouvent modifiées dans des proportions qui
sont fonction de l'angle d'orientation, cette modification pouvant aller jusqu'à un coincement préjudiciable à l 'orientation de l 'essieu.
Cette orientation des essieux n'a pas de conséquence très importante sur la fonction de frottement des poussoirs dans le cas d'essieux de boggie, du fait qu'en raison du faible empattement des essieux de boggies, cette orientation peut être limitée dans ce cas à des valeurs angulaires très faibles.
Il n'en est pas de même dans le cas des véhicules à deux essieux seulement.
En effet, sur de tels véhicules, l'empattement des essieux est relativement important.
Par conséquent, une bonne orientation des essieux, implique des angles d'orientation relativement importants auquel cas les conditions de frottement des poussoirs deviennent iπcontrôl ables.
C'est la raison pour laquelle de tels dispositifs de suspension et d'amortissement n'ont été utilisés jusqu'à présent que sur des essieux de boggies. Pour tenter de remédier à ces conditions de frottement aléatoires des poussoirs, on pourrait imaginer de graisser les poussoirs ou d'augmenter les jeux mais chacune de ces deux dispositions altérerait la stabilité transversale du véhicule, laquelle dépend essentiellement des conditions de frottement des poussoirs sur la boîte d'essieux.
La présente invention a pour objet un dispositif de suspension et d'amortissement pour véhicules ferroviaires à essieux orientables, remédiant aux inconvénients des dispositifs connus de ce type c'est à dire permettant l 'orientation des essieux sans affecter la stabilité transversale du véhicule.
L'invention a également pour objet un dispositif de suspension et d'amortissement conçu de manière à pouvoir être utilisé pour des essieux autres que des essieux de boggies et en particulier pour des essieux de véhicules à deux essieux seulement.
Le dispositif conforme à l'invention de suspension et d'amortissement pour véhicules ferroviaires à essieux orientables comprend, pour chaque essieu, deux boîtes d'essieux
sur chacune desquelles le châssis à suspendre (châssis de boggie ou caisse de wagon) prend appui par deux ressorts hélicoïdaux de compression disposés de part et d'autre de chaque boîte.
Chaque ressort est coiffé d'un chapeau et la liaison entre le châssis et les deux chapeaux est assurée par deux paires d'éléments de liaison articulés sur les chapeaux et sur le châssis de telle manière que les lignes d'action des deux paires d'éléments de liaison convergent vers le bas.
La boîte d'essieu présente, dans la di ection longitudinale du châssis, une liberté de déplacement limitée par deux plaques de garde solidaires du châssis.
Deux poussoirs guidés dans les dites plaques de garde sont intercalés entre les chapeaux et la boîte d'essieu, ces poussoirs frottant sur les deux côtés opposés de la boîte d'essieu.
Suivant l 'invention, chaque poussoir est un poussoir articulé comprenant une tige guidée dans la plaque de garde et une semelle de frottement en contact avec la boîte d'essieu, la semelle étant articulée sur la tige.
Grâce l 'utilisation de poussoirs articulés les conditions de frottement des poussoirs sur la boîte d'essieu ne sont pas affectées par l 'orientation de l 'essieu, ce qui autorise sans altération de la stabilité latérale du véhicule, des angles d'orientation relativement importants de l 'essieu, tels qu'ils sont nécessaires pour permettre une inscription correcte dans les courbes des essieux de véhicules à grand empattement, par exemple de wagons à deux essieux.
De préférence, chaque tige de poussoir présente, à son extrémité tournée vers la boîte d'essieu, un trou borgne à fond hémisphérique et la semelle de frottement comporte, à l 'opposé de sa face de frottement, une tête sphérique en saillie coopérant avec le fond hémisphérique du trou borgne de la tige.
De préférence, la tête sphérique en saillie sur la semelle σe frottement se raccorde à cette dernière par un col de diamètre plus faible que le diamètre de la tête et est maintenue dans le trou borgne de la tige par un anneau de retenue engagé dans une qorqe du trou borαne.
Grâce au fait que la surface de frottement de la semelle des poussoirs conserve toujours quel que soit l 'angle d'orientation de l 'essieu, la même position parallèle à la surface de frottement conjuguée sur la boîte d'essieu, il est possible d'encastrer la semelle de frottement des poussoirs dans une rainure horizontale ménagée dans un coulisseau lui-même mobile verticalement sur la boîte d'essieu.
Un tel agencement permet de dissocier les deux fonctions de frottement qui interviennent, sur de tels dispositifs de suspension, à des fins d'amortissement entre les poussoirs et la boîte d'essieu, à savoir un frottement horizontal pour l'amortissement des mouvements transversaux (stabilité transversale) et un frottement en direction verticale pour l'amortissement des mouvements verticaux (stabilité verticale). De plus, il est possible dans ce cas d'adapter les couples de matériaux de manière à obtenir des conditions de frottements optimales en direction verticale et en direction horizontale.
Il est ainsi possible, par exemple, de choisir le couple acier-matière plastique entre le coulisseau et la boîte d'essieu afin d'obtenir un faible frottement vertical, et le couple acier-acier entre la semelle du poussoir et le coulisseau, afin d'obtenir un frottement élevé dans le sens horizontal.
En se référant aux dessins annexés, on va décrire ci-aprës, plus en détail, un exemple de réalisation illustratif et non limitatif d'un dispositif conforme à l 'invention ; sur les dessins : les figures la et 1 b représentent schématiquement en élévation et en coupe horizontale les conditions de contact de poussoirs non articulés avec une boîte d'essieu lors de l'orientation de l'essieu, les figures 2a et 2b représentent de la même manière les conditions de contact en cas d'utilisation de poussoirs articulés, la figure 3 représente, en détail, la coupe verticale d'un dispositif de suspension et d'amortissement conforme à 1 *i nvention, la figure 4 représente à plus grande échelle la structure d'un poussoir articulé.
Sur la figure la qui représente schématiquement un dispositif connu de suspension et d'amortissement d'un châssis 1 (châssis de boggie ou châssis ou caisse de wagon), une boîte d'essieu 2 dans laquelle est monté un essieu 3 avec roues 4 présente horizontalement, dans la direction longitudinale du châssis 1, une mobilité limitée par deux plaques de garde 5 solidaires du châssis 1 et encadrant la boîte d'essieu 2 avec du jeu sur les deux côtés opposés.
Le châssis 1 prend appui sur la boîte d'essieu 2 par l 'intermédiaire de deux ressorts hélicoïdaux de compression 6 dont les extrémités inférieures portent sur des oreilles latérales 7 de la boîte d'essieu 2.
Les ressorts 6 sont coiffés, chacun à son extrémité supérieure, par un chapeau 7 sur lequel est articulée, par un axe horizontal 8, l 'extrémité supérieure d'une paire d'éléments de liaison 9 dont l 'extrémité inférieure est articulée par un axe horizontal 10 sur des pattes latérales 11 de la plaque de garde 5 correspondante.
Un poussoir 12 guidé dans chacune des plaques de garde 5 est intercalé entre chaque chapeau 7 et un côté de la boîte d'essieu 2, le poussoir 12 comprenant une tige 13 guidée dans la plaque de garde 5 de manière à pouvoir coulisser dans la direction longitudinale du chassi 1, la tige 13 portant par son extrémité libre contre le chapeau 7 et présentant à son autre extrémité une semelle de frottement 14 en contact avec une garniture de frottement 15 rapportée sur la boîte d'essieu 2.
Des dispositifs de suspension de ce type sont bien connus notamment par les brevets déjà mentionnés.
Comme le montre la figure 1b, l 'angle que les axes des tiges 13 des poussoirs 12 font avec l'axe de l 'essieu 3 varie lors de l 'orientation de l 'essieu dans les courbes, ce qui modifie les conditions de contact des semelles 14 des poussoirs
12 avec les garnitures de frottement 15 de la boîte d'essieu 2.
Il en résulte une modification des conditions de frottement entre la semelle 14 et la garniture 15, d'où une variation de l 'effet d'amortissement transversal, donc une variation de la stabilité transversale du véhicule.
Cette variation des conditions de frottement qui peut aller jusqu'à un coïncement est d'autant plus importante que l'amplitude de l 'orientation de l'essieu 3 est grande, le degré d'orientation étant fonction de l 'empattement des essieux du véhicule et du rayon de la courbe.
Les figures 2a et 2b représentent un dispositif de suspension et d'amortissement ayant la même structure générale que celui des figures la et 1b, mais utilisant à la place des poussoirs rigides 12 des figures la et lb, des poussoirs articulés 16 entre les chapeaux 7 coiffant les ressorts 6 et la boîte d'essieu 2.
Chaque poussoir articulé 16 qui sera décrit plus en détail ci-aprës, à l'aide des figures 3 et 4, comprend une tige 17 montée coulissante suivant la direction longi udinale du châssis 1 dans la plaque de garde 5, et une semelle de frottement 18 en contact avec un côté de la boîte d'essieu 2, la tige 17 étant reliée à la semelle 18 par une articulation 19.
Tel que cela apparaît sur la figure 2b, l'articulation 19 des poussoirs 16 permet aux semelles de frottement 18 de conserver, quelle que soit l'orientation de l'essieu 3, toujours les mêmes conditions de frottement avec les garnitures de frottement 15 prévues sur la boîte d'essieu 2.
Selon la figure 4 qui représente, en détail, un poussoir articulé 16, la tige 17 comporte, à son extrémité tournée vers la semelle 18, un trou borgne 20 à fond 21 hémisphérique.
La semelle de frottement 18 porte, en saillie sur sa face tournée vers la tige 17, une tête 22 sphérique qui, dans l 'exemple représenté, correspond à un segment sphérique à une base, d'une hauteur légèrement supérieure au rayon de sphère. La tête 22 se raccorde à la semelle 18 par un col 23 de diamètre inférieur au diamètre de la tête 22.
La tête 22 est maintenue dans le trou borgne 20 par un anneau de retenue 24 engagé dans une gorge du trou borgne 20, de telle manière que la tête 22, en contact avec le fond hémisphérique 21 du trou borgne 20, possède une liberté suffisante pour permettre l'orientation de la semelle 18 par
rapport à la tige 17 dans les limites nécessaires compte tenu des possibilités d'orientation de l 'essieu 3 entre les plaques de garde 5.
Sur la figure 3 qui est une coupe détaillée d'un mode de réalisation du dispositif de suspension conforme à l 'invention, on reconnaît que la semelle 18 de chaque poussoir 16 est encastrée et mobile horizontalement dans une rainure 25 d'un coulisseau 26, lui-même mobile verticalement dans une rainure 27 d'une glissière 28 fixée latéralement sur la boîte d'essieu 2. Cela permet de dissocier le frottement dans le sens horizontal qui détermine l'amortissement transversal c'est à dire la stabilité transversale du véhicule, du frottement vertical qui détermine l 'amortissement des mouvements verticaux.
Il est ainsi possible en particulier de choisi , selon les besoins, les couples de matériaux en contact déterminant le frottement horizontal et le frottement vertical, afin d'obtenir ainsi un frottement élevé et également un amortissement élevé dans le sens horizontal (stabilité transversale) et un frottement faible, donc également un amortissement faible, dans le sens vertical .
On reconnaît par ailleurs sur la figure 3 que les ressorts de suspension 6 sont complétés, de façon connue en soi, par des ressorts additionnels de suspension 29 disposés à l 'intérieur des principaux ressorts 6. L'utilisation conforme à l 'invention de poussoirs articulés 16 entre les chapeaux 7 des ressorts de suspension 6 et la boîte d'essieu 2, est particulièrement intéressante dans le cas d'essieux individuels, c'est à dire sur des véhicules qui ne sont pas à boggie et dont les essieux présentent un grand empattement.
Cependant, l 'invention est également applicable à des essieux de boggies, notamment sur des véhicules devant évoluer sur des voies présentant des courbes de faible rayon.