Perfectionnements aux suspensions de véhicules ferroviaires .
L'invention est relative aux susppnsions de véhicules. ferroviaires . Elle concerne en particulier la lutte à mener contre les oscillations latérales qui se produisent sur le véhicule; et elle concerne aussi l'aptitude du véhicule à être dirigé.
Les véhicules ferroviaires sont dynamiquement instables et les divers éléments d'un véhicule tendent à osciller latéralement quand il circule. L'effet de ces oscillations est appelé communément "mouvement de lacet" et il est fait une distinction dans la technique entre les mouvements de lacet du châssis, ceux du cadre de.bogié et ceux du train de roues.
Pour guider le véhicule, notamment en courbe, et pour 'corriger les déviations par rapport au milieu de la voie, on a trouvé qu'il était souhaitable d'utiliser, pour le train de roues,, un agencement dans lequel les roues, à surface de roulement-conique ou profilée, -sont-montées rigidement sur des essieux communs. Cet agencement est dynamiquement instable en raison de la conicité des roues et des forces de cheminement ou glissement -qui agissent entre les roues et les rails. Cette instabilité est mise en évidence par les oscillations sinusoïdales des trains de roues, dont la fréquence dépend principalement de
<EMI ID=1.1>
oscillations naturelles car ils sont reliés au châssis du véhicule par des éléments de suspension élastiques. A certaines vites.ses, les oscillations naturelles et celles qui dépendent de la vitesses se combinent et l'amplitude de l'oscillation résultante est le facteur qui limite la vitesse maximale pratique .du véhicule.
On'a découvert qu'un accroissement de conicité de la bande de roulement de la roué abaisse, et qu'un accroissement
de la contrainte longitudinale ou en inclinaison de lacet (inclinaison dans le plan de la voie) des trains de roues, augmente, la vitesse critique relative aux mouvements de lacet pour les trains de roues. Pour ces raisons, les suspensions connues utilisent des éléments longitudinaux tels que gardes d'essieu, tringles de poussée, ancrages et analogues qui sont relativement raides et des conicités de bandes de roulement de roues qui sent relativement faibles et comprises entre 1/20 et 1/40, cette dernière conicité étant utilisée pour des voitures de voyageurs à -à très-grande vitesse. Cependant, des éléments longitudinaux* *** raides s'opposent à l'inclinaison en lacet des trains de roues et le passage en courbe se fait par glissement des roues sur
les rails et, même dans des courbes peu prononcées par contact du boudin du train de roues extérieur menant avec l'intérieur
du rail.En outre, de faibles conicités de la bande de roulement ne permettent pas d'atteindre une différence correcte ou optimale entre les diamètres de roulement des roues intérieures et extérieures. C'est pourquoi, avec des suspensions classiques, il y a un conflit entre les mouvements de lacet du train de roues et l'aptitude à sa direction.
Un autre problème posé par les conceptions classiques est
-qu'il a été difficile d'utiliser, pour les bandes de roulement des roues, des profils à "usure standard", c'est-à-dire un profil où la conicité ne varie pas sensiblement avec l'usure de la ban-
-de-de roulement. Les -bandes de roulement des roues manifestent des tendances très marquées à l'usure en raison des mouvements de lacet des trains de roues et également en raison de l'incapa-
-cité dans laquelle se trouvent les roues de suivre le tracé de
la voie en courbe ; en d'autres termes, les trains de roues doivent mettre à profit le contact des boudins de leurs roues avec le rail.
Pour les raisons susdites ainsi que d'autres considérations telles que qualité de suspension, coût initial, etc..., la concep.tion des suspensions.s'est généralement concentrée sur la découverte d'un compromis entre les divers paramètres en vue de mettre au point une solution optimale. De tels compromis réduisent l'importance des problèmes qui se posent mais ne les éliminent pas complètement.
Les susdites remarques peuvent être mises en lumière par l'analyse mathématique qui suit d'une suspension ferroviaire.
Si l'on utilise la théorie du pseudo-glissement, on peut établir les forces qui agissent dans les zones de contact entre roues et .rails et. à partir de ces forces, on peut déterminer les équations du mouvement pour l'oscillation latérale du véhicule. La résolution de ces équations fournit les oscillations des trains de roues <EMI ID=2.1>
<EMI ID=3.1>
les forces d'inertie du cadre de bogie et du châssis du véhicule et les éléments amortisseurs de la suspension, l'analyse <EMI ID=4.1>
montre que toutes les oscillations sont stables (c'est-à-dire* que l'amplitude des oscillations tend à décroître avec le temps) tant que la vitesse d'avancement V du véhicule est comprise dans les limites données par la relation suivante :
<EMI ID=5.1>
<EMI ID=6.1>
essieu:,
<EMI ID=7.1>
<EMI ID=8.1>
r = rayon de roulement de la roue lorsque le train de roues
se trouve dans sa position naturelle sur voie droite,
<EMI ID=9.1>
ments élastiques montés entre les trains de roues et les cadres latéraux de bogie, et
<EMI ID=10.1>
Par expérience, on sait que la stabilité d'un véhicule aug-
<EMI ID=11.1>
de la bande de roulement qui décroît; ceci apparaît clairement dans la susdite relation qui montre que théorie et pratique sont
<EMI ID=12.1>
suivrait une rétroaction élevée de la part du corps ainsi qu'une médiocre qualité de suspension ).
Les roues de chemins de fer s'usent essentiellement en raison du contact entre rail et boudin de roue durant les passages en courbe et la théorie montre qu'un tel contact peut être évité et qu'en même temps un mouvement raisonnable de roulement des roues peut être maintenu si, pour les rayons de courbure nor-
<EMI ID=13.1>
vante est respectée :
<EMI ID=14.1>
R = rayon de courbure des bandes de roulement profilées,
<EMI ID=15.1> avec le train de roues en position centrale.
La comparaison entre les relations (1)et (2) met l'accent sur le conflit mentionné ci-dessus entre une stabilité élevée en lacet (exigeant une raideur k élevée et une faible conicité
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
Les exigences de stabilité aux mouvements de lacet sont compliqués en outre par la rétroaction de forces d'inertie du cadré de bogie ou du corps du véhicule qui fait naître des oscillations instables à des vitesses où la fréquence cinématique
<EMI ID=18.1>
0
turelles des masses du véhicule. Ceci peut à nouveau se traduire mathématiquement par introduction des forces d'inertie des masses du véhicule dans les équations du mouvement. Si, par exemple, les forces d'inertie résultent du mouvement giratoire du cadre de bogie autour du centre de pivotement reliant le corps du véhicule au bogie sont alors introduites comme condition supplémentaire de stabilité, la relation suivante doit être vérifiée :
<EMI ID=19.1>
C = moment d'inertie du cadre de bogie autour du centre de pivotement, et
a =.demi-empattement du bogie.
Pour des paramètres de véhicules normaux, la vitesse critique donnée par la relation (3) est inférieure à celle tirée de l'équation (1). Là encore, on peut agrandir la gamme de vitesse stable en augmentant k et/ou en diminuant Y ; ces deux modes de variation amoindrissent l'aptitude des roues à suivre une courbe.
En raison de leur utilisation dans cette description, les termes supplémentaires suivant vont être définis :
f = coefficient de glissement ou cheminement, qui est une fonction de la charge de l'essieu,
<EMI ID=20.1>
à friction prévu en parallèle avec les raideurs de suspen-
<EMI ID=21.1> <EMI ID=22.1> bogie.
Comme les problèmes définis ci-dessus ont une grande importance commerciale et pratique, un effort considérable a été consacré à analyser les systèmes de suspension. En particulier, A.H. Wickens et D.E. Newland, entre autres, ont étudié ce qu'il est convenu d'appeler les "suspensions flexibles". Ils n'ont jamais utilisé ou envisagé d'utiliser des contraintes en inclinaison de lacet inférieures à 4500 kNm/radian qui sont essentielles pour le passage en courbe sans contact de boudin; car ils considèrent com-
<EMI ID=23.1>
<EMI ID=24.1>
son en lacet, l'amortissement est essentiel pour minimiser la ré-
<EMI ID=25.1>
land a ,estimé que, même avec les faibles raideurs suggérées, les <EMI ID=26.1> avec des rayons de courbure inférieurs à 0,47 mile sur voies de
<EMI ID=27.1>
1,435 m). En fin de compte, leurs conceptions sont encore des solutions de compromis entre la stabilité aux mouvements de lacet <EMI ID=28.1> cès limité avec de simples wagons à quatre roues utilisant des suspensions élastiques mais il a déclaré que de telles suspensions ne peuvent être utilisées avec des véhicules à bogies en raison
<EMI ID=29.1>
mouvement de lacets; il existe en fait treize pics de résonance pour l'instabilité en mouvement de lacet.
En vue d'expliquer l'invention plus complètement, on peut
<EMI ID=30.1>
lement libre, suspendu au sol (comme on peut le réaliser dans un poste d'essais à rouleaux) - Les équations fondamentales d'un tel train de roues sont :
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
et
<EMI ID=33.1>
Les deux susdites équations simultanées peuvent être réso-
<EMI ID=34.1>
pour donner :
<EMI ID=35.1>
Puis en divisant l'équation 12.1 par M et l'équation 12.2
<EMI ID=36.1>
d'un train de roues à l'inclinaison en lacet, et en résolvant les équations, on obtient :
<EMI ID=37.1>
L'équation du quatrième degré (13) est résolue de façon classique pour donner deux grandes racines réelles, correspondant à la translation latérale et à la disparition de l'inclinaison en lacet du train de roues, et deux racines complexes légèrement a-
-morties pour l'inclinaison en lacet et le déplacement latéral. L'amortissement des disparitions'est élevé et on les néglige normalement. Pour les racines complexes, l'amortissement croît avec les contraintes gravitationnelle et élastique qui provoquent le glissement èt décroît avec les forces d'inertie qui déterminent le glissement en sens inverse. Les forces d'inertie augmentent avec la vitesse de sorte qu'à la fin, elles deviennent prépondérantes et que le système est instable. Une analyse telle qu'elle est esquissée ci-dessus est bien connue.
L'invention a notamment pour but de fournir une suspension ferroviaire qui résolve le conflit entre stabilité aux mouvements de lacet et aptitude à suivre une courbe, d'une manière raisonnablement satisfaisante.
Dans le cadre de cette description et des revendications, le terme "wagon de chemins de fer" est défini comme étant l'engin ferroviaire de base comprenant un wagon, qui peut être une caisse ou un châssis, pourvu de deux ou trois trains de roues.
Un wagon peut donc être un véhicule à quatre roues classique ou il peut aussi être un bogie, une supertructure pouvant alors ê- tre articulée à deux tels bogies pour former un véhicule. Le
<EMI ID=38.1>
tion d'un véhicule à bogie.
Selon l'invention, un procédé pour minimiser les mouvements de lacet et améliorer l'aptitude à suivre une courbe d'un wagon de chemins de fer équipé d'au moins deux trains de roues, les trains de roues comportant des paires de roues montées rigide- ment sur un essieu commun, comprend les phases suivantes :
<EMI ID=39.1>
la liberté d'inclinaison en lacet, b) limiter toute contrainte d'inclinaison en lacet, relative au wagon, à une valeur inférieure à 2000 kNm/radian d'inclinaison en lacet ; c) profiler les bandes de roulement des roues avec une conicité effective supérieure à 1/20; et d) amortir les mouvement latéral et d'inclinaison en lacet des trains de roues par rapport au wagon.
De préférence, la contrainte d'inclinaison en lacet est limitée à une valeur inférieure à 1500 kNm/radian d'inclinaison ..en -lacet.
De plus, conformément à l'invention, le procédé comprend
la phase supplémentaire consistant à monter à pivotement sur
une super-structure sur au moins deux wagons de chemins de fer.
Selon un autre aspect de l'invention, un wagon de chemins de fer, ayant au moins deux trains de roues montés de manière à être susceptibles de mouvements d'inclinaison en lacet et latéral, est caractérisé par le fait que :
a) toute contrainte d'inclinaison en lacet par rapport au wagon est limitée à une valeur inférieure à 2000 kNm/radian d'inclinaison en lacet b) les bandes de roulement des roues sont profilées et ont une conicité effective supérieure à 1/20; et c) des moyens amortisseurs sont prévus pour supprimer les <EMI ID=40.1>
oscillations latérales d'inclinaison et en lacet.
Toujours selon l'invention, il est créé un véhicule ferroviaire comprenant une superstructure montée sur au moins deux bogies qui sont des wagons de chemins de fer tels que définis cidessus.
L'invention est décrite ci-après plus en détail, avec
<EMI ID=41.1>
référence identiques désignent des éléments semblables et dans lesquels :
La fig. 1-montre., en élévation partielle un véhicule à bogie utilisant une suspension conforme à l'invention
La fig. 2 montre schématiquement un train de roues illustrant certaines dimensions relatives à celui-ci :
La fig. 3 montre, en plan, un bogie équipé d'un premier mode de réalisation d'ancrage .Sa fig. 4 .montre .un:second,.mode de réalisation
La fig. 5 est relative à un détail de la fig. 4 .
Les fig. 6 et 7 montrent, respectivement en plan et en élévation, un autre mode de réalisation.
Les fig. 8 et 9 montrent, respectivement en plan et en élévation, un autre mode-de réalisation.
<EMI ID=42.1> <EMI ID=43.1>
Les fig. 11 et 12 montrent, respectivement en plan et en élévation, encore un autre mode de réalisation
Les fig. 13 et 14 montrent, respectivement en plan et en élévation, un véhicule à quatre roues utilisant un mode de réalisation particulier de la suspension conforme à l'invention.
. Les fig. 15 et 16 montrent, respectivement en plan et en élévation, un bogie en trois pièces à triangles articulés. .-la fig. 17 montre un mode de réalisation particulier d'un stabilisateur des mouvements de lacet du corps ;
Les fig. 18 et 19 montrent deux modes de réalisation de . la.suspension conforme à l'invention, accouplant trois trains de roues .
La fig. 20 montre un autre mode de réalisation de l'invention.
La fig. 21 montre une variante du mode de réalisation de la fig. 20.
<EMI ID=44.1>
son à pivotement.
L'un des modes de réalisation de l'invention est discuté ci-dessus en référence aux fig. 1 à 5 des dessins ci-annexés.
Ces figures montrent un bogie 10 appartenant à un véhicule ferroviaire possédant un corps(châssis ou caisse)100. Le bogie
10 est constitué essentiellement d'un bogie classique à trois éléments et comprend deux trains de roues 13, des cadres latéraux 16 montés sur les trains de roues et -une traverse danseuse
<EMI ID=45.1>
trains de roues et parallèlement à ceux-ci'. La traverse danseuse
18 repose sur des ressorts à boudin 20 et est positionnée longitudinalement par un système connu de coins 108 et de plaques de friction 110, les coins étant maintenus en position contre la traverse danseuse 18 par des ressorts 112. Ce système permet à JLa traverse danseuse de se déplacer transversalement par rapport aux cadres latéraux 16, ce mouvement étant limité par des butées appropriées.(non montrées).
Les extrémités des cadres latéraux 16, indiquées dans leur ensemble par 22, sont en forme de pont (voir fig. 1). Les bases
<EMI ID=46.1>
Chaque base repose sur un élément élastique composite ou en sandwich 24 comprenant des couches alternées de plaques d'acier et de tampons de caoutchouc. On utilise des éléments composites car ils peuvent être construits de manière à posséder de faibles raideurs de ressort longitudinale et latérale. Tout autre élément
-élastique ayant ces propriétés peut aussi être utilisé, par exemple des maillons oscillants (en fait, des maillons oscillants sont avantageux car, grâce à leur utilisation, les raideurs: longitudinale et latérale de la suspension varient linéairement avec la masse, mais la construction est plus compliquée et risque d'être plus coûteuse). Les éléments élastiques 24 sont montés sur des flasques horizontaux 28 prévus sur des adaptateurs
26 de boite d'essieu.
Ces adaptateurs 26 sont montés sur des paliers 15 reposant sur des essieux 14 qui sont fixés rigidement aux roues 12. Les roues sont munies de bandes de roulement profilées à "usure standard". Les flasques 24 sont réunies par une pièce 27 en U qui est située à l'intérieur d'un dégagement 25 qui est ménagée à la partie inférieure d'une extrémité du ca- <EMI ID=47.1>
dre latéral 16.
On doit noter (comme le montre la fig. 2).que les surface de,contact entre les éléments élastiques 24 et les flasques
28 des adaptateurs 26 sont dans le même plan horizontal passant par l'axe de l'essieu 14. Si ceci présente un inconvénient au point de vue de l'aspect de�la construction, les ressorts peuvent être écartés dudit plan horizontal, mais seulement si l'un des ressorts est espacé d'une certaine distance au-dessus du plan en question et si l'autre est espacé de la même. distance au-dessous
-de ce plan. Cet emplacement de la dite surface de contact est nécessaire pour assurer qu'il ne s'exerce aucun moment sur l'adaptateur 26 quand le train de roues est incliné, en lacet, c'est-àdire qu'il ne doit pas y avoir rotation de l'adaptateur 26 autour .de l'essieu 14.
Les éléments élastiques 24 (de type quelconque ) ont des caractéristiques d'amortissement intrinsèques. En vue d'accroître l'amortissement ainsi que d'en faire une caractéristique qui peut être choisie à volonté, des amortisseurs visqueux ou à friction
30 sont disposés longitudinalement et latéralement entre les cadres latéraux 14 et les adaptateurs 26. On peut aussi utiliser
un seul amortisseur disposé angulairement.
Le corps 100-est monté sur le bogie 10 au moyen d'une partie femelle de pivot 106 munie d'une plaque d'usure 104 qui est montée sur la traverse danseuse 18, une partie mâle de pivot
102 étant fixée au corps 100. Avec cet agencement, le bogie est libre de tourner par rapport au corps.
- En=revenant aux équations (1) et (3) mentionnées ci-des- <EMI ID=48.1>
<EMI ID=49.1>
se transforment respectivement en deux conditions de stabilité '(la) et (3a), développées ci-après :
<EMI ID=50.1>
<EMI ID=51.1>
Avec le mode de réalisation décrit ci-dessus, les para. mètres de suspension peuvent maintenant être accordés ou choisis de telle manière que le numérateur de l'équation (3a) devienne pratiquement nul quand le dénominateur devient nul (ceci étant nécessaire pour éviter une instabilité critique), c'est-à-dire pour :
<EMI ID=52.1>
Dans ce cas, l'effet déstabilisateur de l'oscillation du cadre de bogie est complètement supprimé et le véhicule est stable pour toute la gamme de vitesse donnée par l'équation (la), c'està-dire jusqu'aux vitesses des mouvements de lacet du train de roues. On voit aussi que cette vitesse de stabilité aux mouvements de lacet est supérieure à la vitesse donnée par l'équation (1),
<EMI ID=53.1>
une stabilité élevée aux mouvements de lacet sans avoir recours
à une raideur de suspension k supérieure à celle donnée par l'équation (2), ce qui maintient une bonne aptitude à suivre les courbes, le contact rail/boudin ne se produisant que sur des courbes assez serrées.
Les instabilités causées par les forces d'inertie du corps de véhicule sont supprimées de manière analogue si l'on accorde la raideur latérale des ressorts 20, les amortisseurs latéraux
28-et l'amortissement giratoire obtenu à partir du centre de pivotement, aux autres paramètres de suspension déjà mentionnés.
Ainsi, en sélectionnant les profils des bandes de roulement des roues, les raideurs des'éléments 24 et ressorts 20 et les caractéristiques de l'amortisseur 30 d'une manière conforme à l'invention, l'amortissement maximal est obtenu pour les mouvements de lacet des trains de roues ainsi que pour les oscillations indésirables des diverses masses du véhicule.
Des valeurs préférées pour la raideur d'inclinaison en la-
<EMI ID=54.1>
lacet, avec une conicité comprise entre 0,05 et 0,15. (1/20 et
<EMI ID=55.1>
Des valeurs convenables dont on a découvert qu'elles pouvaient être mises en pratique pour obtenir'une stabilité aux mou-
<EMI ID=56.1>
fisant d'inclinaison en lacet pour permettre, sans contact du boudin, le franchissement de courbes à rayons supérieurs à 500 m environ sont une contrainte ou'raideur d'inclinaison en =.lacet d'ap-
<EMI ID=57.1>
l'ordre de 1/10 (ou 0,1).
<EMI ID=58.1>
On utilise des paramètres normaux pour des véhicules a
<EMI ID=59.1>
<EMI ID=60.1>
des raideurs de 15 fois cette valeur et davantage) ; Y= 1/10=0,1
(la conicité standard pour wagons est 1/20=0,05 et pour des trams à grande vitesse 1/40=0,025).
<EMI ID=61.1>
respectée à une vitesse V = 4000 cm/sec environ.
En introduisant cette valeur de V et les autres paramètres susindiqués, on voit que l'équation (4b) est aussi respectée approximativement. Ceci signifie que la valeur de l'équation
<EMI ID=62.1>
<EMI ID=63.1>
bilité normalement causée par la rotation du cadre de bogie a donc été complètement supprimée par l'accord de la suspension et non par recours à des raideurs k élevées on a de faibles conici-
<EMI ID=64.1>
me de vitesse pour laquelle le véhicule (bogie) est stable s'obtient de l'équation (la), la limite supérieure pour V étant d'environ 400 km/h. Ainsi la vitesse critique de ce véhicule se trouve bien au-delà de la vitesse de circulation maximale en conditions normales et ce résultat est atteint sans interférence notable avec l'aptitude du véhicule à suivre les courbes.
Un autre avantage de cette invention est qu'en allant vers des conicités encore plus élevées, dans la gamme de 0,2 à 0,5,
et vers des raideurs de contrainte plus basses d'inclinaison en lacet, par exemple dans la gamme de 80 à 750 kNm/radian, on peut
(en acceptant de supprimer les instabilités en mouvement de lacet du corps et non les instabilités en mouvements de lacet du bogie) obtenir sans contact du boudin, le franchissement des courbes de n'importe quel rayon normal ; en d'autres termes, même pour des courbes de rayons aussi bas que 100 mètres, qui sont exceptionnels. Comme valeurs convenables pour des courbes de rayons supérieurs à 100 mètres, on peut citer 500 kilonewton mètres par radian environ et des conicités de l'ordre de 0,25 et, avec ces valeurs, des instabilités de bogie se produisent à 100 km/h environ sur une voie de 1,065 m et à 120 km/h environ sur une voie
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Avec une telle utilisation, l'usure des bandes de roulement et des
<EMI ID=66.1> <EMI ID=67.1>
être usinées ou tournées et remplacées fréquemment, contrairement à la situation actuelle. L'utilisation de profils à "usure standard "signifie que la stabilité aux mouvements de lacet et l'aptitude à franchir les courbes ne se détériorent pas avec l'usure. On estime qu'en raison de la stabilité aux mouvement de lacet qui est grandement améliorée et de l'avantage dû au franchissement des courbes sans contact du boudin, les bandes de roulement, des roues n'exigèrent d'être usinées qu'au bout de 1.000.
000 km. Manifestement, il y aura augmentation corrélative de la durée de vie des rails ou de la voie.
La fig. 1 illustre le symbole a et la-fig. 2 les symboles,
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En ce qui concerne la fig. 3, elle montre un ancrage 38 entre la traverse danseuse 18 et le centre de l'essieu 14. L'ancrage 38 comprend un palier 40 monté au-dessus du centre de l'es_sieu 14, une rotule 42 reliant ce palier à une tige 46 et une seconde rotule 42 reliant la tige 46 à la traverse danseuse 18. On peut voir qu'un tel ancrage ne gêne pas l'essieu 14 dans ses inclinaisons en lacet ni dans ses mouvement latéraux si un jeu suffisant est admis dans le palier 40. En revanche, le train de joues est retenu longitudinalement.
En pratique, avec le dispositif à ressorts sans dureté qui est proposé ci-dessus, le train de roues pourrait avoir tendance à se déplacer longitudinalement par rapport au bogie sous de fortes contraintes telles que freinage- brusque et accélération élevée. L'ancrage longitudinal 38 est conçu pour empêcher
<EMI ID=69.1>
té aux mouvementsde lacet et à l'aptitude de franchir les courbes. Quand il n'y a pas ou que peu (le probabilité pour des contraintes élevées, l'ancrage peut encore être utilisé comme facteur de sécurité supplémentaire ou être omis.
En ce qui concerne les fig. 4 et 5, elles montrent un autre mode de réalisation de l'ancrage longitudinal 50 qui comprend' un élément tubulaire 52 relié à une extrémité, par un moyen flexible 55 à un flasque 54 que l'on ménage en formant une cavité
56 dans la traverse danseuse 18 et, à l'autre extrémité, par un moyen flexible analogue 55 à un flasque 58 qui est porté sur le palier 40 par des supports 60. Le moyen flexible 55 comprend un élément fileté 62 engagé dans l'élément tubulaire 52, des ron--délies d'acier 64 et 64', des anneaux toriques en caoutchouc ou analogues 66 et 66' et un écrou 68. En fonctionnement, l'élément fileté 62 est engagé dans l'élément tubulaire 50, la rondelle <EMI ID=70.1>
ment 52 et l'anneau 66 est placé sur l'élément 62. Celui-ci est alors introduit dans un trou 53 formé dans le flasque 54 et les
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Finalement, l'écrou 68 est serré sur l'élément 62.
Cet arrangement est sans doute le plus adéquat puisqu'il fonctionne en pratique exactement comme un joint universel ou à rotule, mais il possède l'avantage que ses composants peuvent être librement ajustés ou choisis pour s'adapter aux dimensions du bogie. Par exemple, la distance entre la traverse danseuse 18 et l'essieu 14 peuvent varier d'une valeur allant jusqu'à 3 cm.
.Alors que les dessins et la description indiquent que l'é-
- liment 62 est engagé par vissage dans l'élément tubulaire 50, il est aussi possible de souder ou de lier autrement l'élément 62 à l'élément 50. Dans ce cas des rondelles d'acier supplémentaires peuvent être placées entre la rondelle 64 et l'élément 50 pour permettre de régler la longueur de l'ancrage.
Un-second mode de réalisation de l'invention va maintenant être discuté en détail, à l'aide des fig. 7 à 19 des dessins.
<EMI ID=72.1>
(3) susmentionnées ont été étendues pour tenir-compte des considérations telles que raideurs de ressort, facteurs d'amortissement,masses de cadre de bogie et de superstructure et moment d'i-
<EMI ID=73.1>
ment aux contraintes en inclinaison de lacet.et latérale exercées sur les trains de roues. Ces contraintes étaient mesurées par rapport au wagon ou bogie sur des moyens: élastiques accouplant les trains de roues aux cadres latéraux de bogie. Comme le bogie n'a pas une masse infinie, ceci implique en fait que les contraintes exercées sur- chaque train de roues sont mesurées par rapport à l'autre ou aux autres trains de roues.
Dans le second mode de réalisation, il est maintenant proposé de relier directement les trains de roues l'un à l'autre par un ancrage élastique diagonal. De cette manière, les contraintes exercées sur les trains de roues peuvent être réduites à trois <EMI ID=74.1>
Ceci implique qu'on va maintenant disposer d'une plus grande liberté pour choisir les divers paramètres en vue d'obtenir une excellente aptitude à franchir les courbes tout en ne concédant rien sur la stabilité aux mouvements de lacet. En d'autres termes, il est maintenant possible de rendre la contrainte en inclinaison de lacet k aussi basse qu'il est nécessaire pour l'aptitude à franchir les courbes et d'augmenter la contrainte nécessaire à la stabilité aux mouvements de lacet en.choisissant une valeur convenable pour kb . De plus, puisque l'accouplement entre les trains de roues est disposé en diagonale, l'ancrage diagonal sera sans contrainte en courbe.
En étendant les équations (1) et (3) de la même manière que précédemment, tout en notant que les équations qui suivent s'appliquent à un véhicule à bogie mais que des équations de même na- ture pourraient se déduire pour un wagon simple ou à quatre roues on obtient.
<EMI ID=75.1>
<EMI ID=76.1>
Les équations (1b) ot(3b) donnent les conditions pour combattre la première instabilité du bogie, savoir celle de rotation autour de son centre de pivotement. D'autres équations peuvent être déduites pour les autres instabilités du bogie ainsi que pour les instabilités du corps ; ces équations auraient une forme analogue.
De l'équation (3b) on peut voir que l'instabilité se produit quand, le dénominateur passe par zéro et la solution de ce problème consiste à assurer que le numérateur passe par zéro en même temps. Ainsi, les équations suivantes doivent être respectées simultanément.
<EMI ID=77.1>
Comme dans le premier mode de réalisation de l'invention, l'oscillation giratoire du cadre de bogie est maintenant complètement supprimée et n'est pas instable, c'est-à-dire n'augmente pas d'amplitude dans le temps: Le véhicule est stable pour la gamme de vitesse donnée par l'équation (1b).
En vue d'obtenir le franchissement de courbes sans contact du boudin et d'assurer que l'accouplement diagonal est sans contrainte durant un tel franchissement, la contrainte en inclinaison de lacet k doit satisfaire à la condition.
<EMI ID=78.1>
<EMI ID=79.1>
suspension gravitationnelle.
<EMI ID=80.1>
En pratique, la contrainte en inclinaison de lacet est choisie de préférence à une valeur au plus égale- à 750 kNm/radiai d'inclinaison en lacet et les conicités à une valeur d'au moins 1/10 (ou 0,1). La contrainte en inclinaison de lacet peut, bien entendu, être rendue nulle par la disposition de plaques d'usure ou analogues entre les trains de roues et le wagon, la contrainte k- étant convenablement augmentée.
.Plusieurs exemples d'ancrage d'accouplement diagonal vont maintenant être décrits à l'aide des dessins.
Si l'on se reporte aux fig. 6 et 7 des dessins, il y est montré une partie de suspension. Les extrémités de l'essieu 14 sont munies d'une portée lisse 15 sur laquelle est monté un adaptateur 220 de boite, d'essieu. L'un des bras d'un triangle articulé 222 est fixé à chacun des adaptateurs 220 et peut être constitué.en matériau élastique ou résiliant tel que laiton, bronze
-ou acier traité, l'autre bras du triangle étant fixé à l'adap- <EMI ID=81.1>
mets des triangles 222 sont accouplés par des moyens d'articulation 225 comprenant une saillie 266, décelée par rapport aux centres des sommets de chacun des triangles 222, un amortisseur visqueux ou à friction 228 et un ressort à boudin 230 placé autour de l'amortisseur 228. Ceci ne constitue pas d'ailleurs le seul agencement possible et d'autres éléments élastiques et amcrtisseurs, tels que ressorts à lames, tampons de caoutchouc ou analogues, peuvent être utilisés dans une configuration appropriée. A l'extérieur des trains de roues sont montés des éléments 224 en "U" qui sont fixés aux adaptateurs 220 et sont destinés à renforcer les triangles articulés 222.
<EMI ID=82.1>
ou s'incline en lacet autour d'un axe vertical passant par le centre de l'essieu, le sommet du triangle articulé qui lui est associé se déplace latéralement. Une partie de ce mouvement est transmise par les moyens d'articulation 225 à l'autre triangle
-articulé et à l'autre train de roues. Cependant, la résiliance des triangles et l'élasticité des moyens d'articulation amortissent le mouvement de lacet en introduisant un changement de fréquence et de phase entre les trains de roues. Ainsi, selon une terminologie relâchée, le train des roues qui répond tend aussi. à s'incliner en lacet mais à une fréquence et une phase légère--ment différentes de celles du mouvement original d'inclinaison** en lacet et, comme des forces de glissement supplémentaires en- trent en jeu, l'effet net obtenu est que les mouvements de lacet du train de roues sont amortis.
L'articulation 225 entre les triangles articulés 222 est telle qu'elle ne peut transmettre que de faibles moments de rotation entre ces triangles. Ceci signifie qu'en courbe, la suspension n'impose qu'une contrainte.giratoire minimale sur chaque triangle et que chaque train de roues est libre de suivre la courbure des.rails. Par conséquent, chaque train de roues peut adopter son. attitude optimale pour le franchissement des courbes et la suspension à une meilleure aptitude à la direction qu'une suspension classique (tout.moyen élastique entre les trains de roues et le wagon étant censé avoir une faible contrainte k d'inclinaison
<EMI ID=83.1>
b2
Si l'on se reporte maintenant aux fig. 8 et 9, on y voit une suspension dans laquelle une traverse 232 est prévue pour renforcer chaque triangle, articulé 222. Les moyens d'articulation, disposés entre les triangles articulés et désignés dans leur ensemble par 235, sont constitués par une articulation classique à cheville, comprenant un flasque 234 disposé au sommet de l'un des triangles 222, un flasque ou (comme montré à la fig. 9) deux�flasques écartés 236 disposés sur l'autre triangle 222 et une cheville 237 engagée dans des trous alignés sur les flasques 234 et.236, un manchon de caoutchouc 238 étant monté autour de la cheville
237. Le manchon 238 attribue aux triangles articulés une élasticité latérale.supplémentaire.
En fonctionnement, cette suspension est analogue à celle du premier mode de réalisation mis à part le fait que les moyens d'articulation 235 ont un axe de pivotement défini qui est matérialisé par. la cheville 237. Ainsi, quand le véhicule franchit une courbe, les sommets des éléments 222 se déplacent latéralement dans le même sens et il ne s'exerce aucun moment dans les moyens d'articulation 235 puisque le mouvement est purement giratoire autour de la cheville 237. Par le choix de'la composition et de la configuration du manchon de caoutchouc 238, la suspension peut être "accordée" de façon qu'on obtienne la stabilité <EMI ID=84.1>
optimale aux mouvements de lacet du train de roues, c'est-à-dire de façon qu'entre autres les équations (4b) et (4b') soient satisfaites.
Une variante des moyens d'articulation qui peuvent être utilisés entre les triangles articulés 222 est montrée aux fig.
<EMI ID=85.1>
Les moyens 325 comprennent un petit secteur en gouttière 320 et un grand secteur en gouttière 321. Les secteurs 320 et 321 sont fixés respectivement aux triangles 222 et, à leur lieu de fixation, il est tenu compte d'entretoises 322 qui sont interposées entre lesdits secteurs et triangles. Les secteurs 320 et 321 sont agencés pour se recouvrir longitudinalement et sont reliés par des tampons de caoutchouc 323 et 324 qui sont vulcanisés sur la . face intérieure du grand secteur 321 et sur la face extérieure du petit secteur 320, comme le montre la fig. 10a, c'est-à-dire
--entre chacune des faces opposées.
Ces moyens d'articulation sont simples et peu coûteux à fabriquer, ils sont durables et ont des propriétés requises d'élasticité et de transmission de moment minimâle. De plus, ils peuvent être utilisés comme élément standard avec des triangles
-articulés standards puisque la disposition des entretoises 322 permet au système assemblé de s'adapter aux variations de longueur du cadre latéral de bogie. Bien entendu, avec n'importe lequel des autres agencements, on peut inclure des entretoises <EMI ID=86.1>
culation ou dans les adaptateurs 220.
Les fig. 11 et 12 montrent un mode de réalisation dans lequel les trains de roues 13 sont accouplés par deux maillons
<EMI ID=87.1>
d'une boîte d'essieu de 1.'un des trains dermes à une boîte d'essieu de l'autre train de roues. Les extrémités de chaque maillon sont accouplées aux boîtes d'essieu par des joints à cheville 246 disposés de façon que les maillons puissent pivoter dans un plan pratiquement horizontal. L'un des maillons 244 possède une boutonnière 248 formée à peu près à mi-longueur sur ce maillon la boutonnière étant suffisamment large pour être traversée par l'autre maillon. Une variante de cet agencement consiste à conformer en maneton l'un au moins des deux maillons au voisinage de l'endroit où ils se croisent..
<EMI ID=88.1>
Chacun des maillons 244 peut posséder des moyens élastiques et** ou amortisseurs 250 en parallèle, ces moyens 250 comprenant un ressort à boudin 252 en parallèle avec un amortisseur visqueux
254. Cependant, tous autres moyens appropriés tels que tampons de caoutchouc, ressorts à lame coudés ou analogues, peuvent être utilisés. De plus, bien que les maillons aient été représentés comme étant symétriques, il n'en est pas nécessairement ainsi.
Bien que cela n'ait été illustré sur aucune des figures, il est également possible de former les maillons 244 en une seule pièce avec les adaptateurs 220, c'est-à-dire soit à la fonderie soit-postérieurement par soudure ou procédé analogue. Dans un tel cas, les maillons doivent être flexibles latéralement et on peut réaliser ceci en choisissant convenablement la matière utilisée (bronze, par exemple) et 'ou en donnant aux maillons
la forme d'un maneton de telle sorte qu'il soit élastique à ses coudes.
En fonctionnement, si-l'un des trains de roues pivote ou oscille, évidemment alors, l'une de ses roues se rapproche et l'autre roue s'éloigne du centre de la suspension. La roue qui se rapproche du centre oblige celle des roues de l'autre train
à laquelle elle est reliée diagonalement à être poussée à l'écart du centre et inversement pour la roue qui s'éloigne initialement
<EMI ID=89.1>
on obtient, de la même manière que précédemment, un amortissement des mouvements de lacet ou oscillations du train de roues. En courbe, les deux trains de roues suivent la courbure-.. des rails, car il n'y a pas ou que peut de contrainte à l'inclinaison en lacet des trains de roues en raison de l'utilisation de maillons diagonaux indépendants et toute contrainte provient d'autres éléments de la suspension.
Pour conclure les descriptions qui précèdent,d'accouplements diagonaux, on doit noter ce qui suit :
(a) Pour tous les modes de réalisation au sujet desquels on a monté et décrit des ancrages croisés, il est aussi possible de se dispenser de l'un des ancrages ; par exemple, un seul maillon 244 ou un seul bras de triangle articulé, fixé à un adaptateur 220 de telle sorte.qu'il ne puisse pivoter latéralement, serait suffisant.
(b) Les bras des triangles articulés 222 pourraient être formés <EMI ID=90.1>
(c) Les moyens élastiques et/ou amortisseurs 250 montés en paralèle avec les maillons 244 ou les autres moyens élastiques et amortisseurs 228, 238, 230, pourraient être supprimés si une élasticité suffisante est offerte par les matières utilisées pour former les triangles articulés et maillons.
Ces matières possèdent également un amortissement par hystérésis intrinsèque. Ainsi, en choisissant la composition des matières utilisées et les dimensions des triangles articulés et maillons, on peut obtenir les coefficients requis.
(d) L'accouplement diagonal est utilisé comme stabilisateur pour les mouvements de lacet et est sans contrainte durant les passages en courbe. Ceci est en opposition avec les accouplements appartenant à l'état de la technique qui constituent en fait des "bras directeurs" et sont utilisés pour forcer les trains de roues à.occuper une position radiale correcte sur une voie cour-
-be.-De tels bras directeurs tels que les décrivent le brevet fran- <EMI ID=91.1>
n[deg.] 876.249 (Dr.Ing. G.A.Gaebler), sont construits rigidement car ils ont à supporter des forces importantes et ils ne servent èn aucune façon de stabilisateurs contre les mouvements de lacet. Finalement comme ils n'offrent aucun avantage effectif, ils n'ont jamais été mis en application normale.
On va se reporter maintenant aux fig. 13 et 14 des dessins qui montrent un wagon à quatre roues 260 muni de triangles articulés 222. Le wagon comprend un corps 261 supporté élastiquement, par l'intermédiaire de moyens de montage 262, par deux trains de roues 13. Chaque moyen de montage 262 comprend un guide d'essieu
264 accouplé à pivotement par des maillons oscillants ou pendu-
<EMI ID=92.1>
tiquement par les adaptateurs 220 par l'intermédiaire de ressorts à boudin 268 (des tampons de caoutchouc ou des éléments composites ou en sandwich peuvent aussi être utilisés).
Il existe un jeu latéral entre le logement 270 et le guide d'essieu 264 de sorte que les trains de roues peuvent se déplacer longitudinalement dans les guides d'essieu. Ce jeu peut être de l'ordre de 3 à 15 mm.
En fonctionnement, un certain nombre d'avantages proviennent de l'utilisation du moyen de montage 262. D'abord, le jeu <EMI ID=93.1>
-assure que l'aptitude des trains de roues à être dirigés n'est pas gênée par le corps du véhicule, particulièrement dans les passages en courbe. Le jeu précis est choisi selon l'empatte- <EMI ID=94.1>
lisation de maillons oscillants 266 et ressorts 268 assure qu'il y a peu de contrainte ou raideur longitudinale appliquée aux trains de roues. Ceci peut être fait puisque la suppression des mouvements de lacet des trains de roues ne dépend plus de la raideur des éléments de la suspension. Les caractéristiques élastiques de la suspension peuvent être choisies pour qu'on obtienne une qualité de suspension et une aptitude à la direction optimale.
Si l'on se reporte maintenant aux fig. 15 et 16, on y voit un bogie 10 en trois pièces qui possède deux cadres latéraux 16 et une .traverse danseuse 18. Contrairement à certains des modes de réalisation précédents qui comportent des triangles articulés
222, il est prévu ici des éléments 286 en W dont les extrémités libres sont courbées de manière qu'elles puissent passer autour
-de l'extérieur des roues pour gagner de l'espace. En outre, (comme le montre la fig. 16), les bras des éléments 286 sont coudés verticalement de façon à pouvoir passer au-dessus des essieux 14 et aussi de façon que le centre du joint à cheville 288 monté entre les éléments 286 soit pratiquement dans le même plan horizontal que les essieux 14.
Une caractéristique, qui est montrée à la fig. 15 mais qui peut être appliquée à n'importe lequel des modes de réalisation, consiste en ce que le joint à cheville 288 possède des flasques munis d'une .boutonnière pour assurer une plus grande liberté longitudinale entre les éléments 286 tout en étant susceptible des mêmes propriétés que les modes de réalisation susmentionnés.
Un accouplement élastique entre les trains de roues et les cadres latéraux de bogie, tel. que montré à la fig. 16, comprend
<EMI ID=95.1>
une faible raideur au cisaillement, situé verticalement entre les cadres latéraux 16 et les adaptateurs 220. Il est à nouveau prévu ici un jeu entre les adaptateurs 220 et les guides d'essieu
283 et 283' qui sont disposés aux extrémités des'cadres latéraux
16. Ce mode de réalisation'possède aussi une faible contrainte ou raideur en-inclinaison de lacet de sorte qu'on peut obtenir <EMI ID=96.1> une faculté de direction optimale.
En combinaison avec un accouplement élastique diagonal destiné à limiter les mouvements de lacet des trains de roues, un système à leviers et ressorts est accouplé entre les trains de roues et le corps du véhicule pour limiter les mouvement de
<EMI ID=97.1>
accouplé par un système de leviers 302 et de ressorts à boudin
316 aux cadres latéraux 16 et aux trains de roues 13. Le système de leviers 302 comprend un levier de renvoi 306, susceptible de pivoter autour de son axe d'articulation sur une console 310 fi- <EMI ID=98.1> extrémités à l'aide d'une cheville d'articulation à l'un des bras du levier de renvoi-306, l'autre extrémité du levier droit 308 étant reliée par une cheville d'articulation à une console 312 . fixée au cadre latéral 16. L'extrémité libre du levier de renvoi <EMI ID=99.1>
droit 308, est attelée à l'une des extrémités d'un ressort à boudin 316 dont l'autre extrémité est attachée aux flasques 313 montés sur l'articulation qui est prévue entre les trains de rouas.
<EMI ID=100.1>
100 et chacun des cadres latéraux 16.
En pratique, un mouvement transversal du corps 100, en agissant par l'intermédiaire du système de levier 302 et de ressorts 316, fait pivoter les trains de roues. Les bandes de roulement des roues glissent sur les rails jusqu'à ce que soit atteinte une force de réaction suffisante pour- rectifier le mouvement transversal indésirable du corps. Ainsi, par un choix approprié des raideurs des ressorts et des longueurs des leviers, il est possible de supprimer ou au moins de minimiser les mouvements de lacet du corps 100.
Le stabilisateur des mouvements de lacet du corps qui vient d'être décrit peut être considéré comme un "amortisseur à pseudoglissement" et, comme l'implique cette expression, il s'agit d'un dispositif qu'amortit les mouvements de lacet en engendrant des forces de glissement dans la zone de contact entre rail et surface de roulement des roues. Il faut noter que le concept visant à tenter d'utiliser des forces de glissement est connu
(voir entre autres le brevet allemand n[deg.] 865.148 de la Société
<EMI ID=101.1> <EMI ID=102.1>
forces était mauvais. En vue d'expliquer ce point, considérons un mouvement du corps vers la droite (observe dans le sens d'avancement). Ce mouvement produit une force qui tend à déplacer l'articulatio:a des triangles articulés vers la gauche et tend à imposer au train de roues avant (arrière) d'une paire de bogies une inclinaison en lacet dans le sens (contraire) des aiguilles d'une montre ceci est en contradiction avec les suggestions de l'état de la technique. Ainsi, alors que la force appliquée sur l'articulation agit en sens inverse du mouvement du corps et par conséquent s'oppose au mouvement du corps selon ce mode de réalisation, l'effet est au contraire'déstabilisateur dans l'état de la technique.
Diverses autres configurations à moyens inverseurs de force sont également réalisables ; par exemple, un accouplement analogue (302, 316) peut être relié à l'élément de renfort 224 monté à la fig. 6.
Les fig. 18 et 19 illustrent en plan cet aspect de l'invention, dans son application à des véhicules à trois essieux. Les deux suspensions montrées sont analogues à celles déjà décrites et peuvent être considérées chacune comme une combinaison de deux jeux d'accouplements diagonaux disposés chacun entre deux trains de roues. C'est ainsi qu'il y a un accouplement entre le train de roues arrière et le train de roues central et un autre entre le train de roues central et le train de-- roues avant-. - -
En pratique, les trains de roues avant et arrière pivotent dans le même sens et le train de roues central pivote dans le sens opposé. L'oscillation ou les mouvements de lacet de n'importe lequel des trains de roues sont amortis de la même manière qu'on l'a décrit précédemment au sujet-d'un bogie à deux trains de roues.
L'orientation relative d'un bogie à trois trains de roues, au franchissement d'une courbe à l'état stable, est montrée en contour à la fig. 18. Selon cette orientation, chacun des trains de roues suit la courbure des rails et les essieux sont situés selon des lignes radiales partant du centre de courbure instantané.
On n'utilise pa.s habituellement des bogies à trois trains de roues, excepté sur des rails ayant peu do courbes et des courbes peu prononcées en raison des-forces engendrées dans la sus-- <EMI ID=103.1>
pension lors des passages en courbe. Cependant, avec la suspension conforme à l'invention, on peut utiliser effectivement des
-bogies à trois trains de roues puisqu'il se produit des sollicitations minimales dans la suspension lors des passages en courbe. Deux applications ont une importance particulière. La première est qu'on peut utiliser cette suspension sur des véhicules lourds, tels que des wagons de minerais, dans lesquels la charge peut être répartie sur plus d'essieux qu'il n'était possible jusqu'ici La seconde est qu'on peut utiliser les bogies à trois trains de roues/sur les voitures de voyageurs où le chargement n'est pas très lourd.
Avec des voitures de voyageurs, les extrémités de deux corps peuvent être montées sur le même bogie ; cet agence-
-ment entraîne une réduction du poids total du véhicule et l'utilisation d'un bogie commun à deux voitures permet à chaque corps d'être tangent à la courbe durant les passages en courbe.
Une autre variante de l'invention utilisant des ancrages diagonaux consiste à enlever tous les éléments élastiques exerçant une contrainte en inclinaison de lacet, tels que tampons
en élastomère ou ressorts à boudin placés verticalement entre
les trains de roues et les cadres latéraux d'un bogie ou corps
de wagon, et à les remplacer par des plaques d'usure ou organes analogues. On peut utiliser des plaques d'usure analogues à celles qui sont utilisées de manière classique à la liaison en pivotement entre bogie et superstructure, comme montré à la fig. 1. Dans ce cas, il est nécessaire d'utiliser un ancrage longitudinal, tel que montré à l'une quelconque des fig. 3 à 5, pour transmettre des forces longitudinales du corps de wagon ou de la superstructure aux roues.
Dans le premier mode de réalisation, les valeurs de la contrainte d'inclinaison en lacet variaient de 80 à 2000 kNm/ radian-d'inclinaison en lacet et, dans les exemples , les limites inférieures sont gouvernées par 'des considérations de stabilité en mouvements de lacet aux dépens (quoique légèrement) de l'aptitude à suivre les courbes. Le second mode de réalisation comportait un ancrage diagonal pour compenser la contrainte d'inclinaison en lacet et permettait donc d'utiliser des valeurs inférieures à 750 kNm/radian d'inclinaison en lacet (jusqu'à
zéro, en fait), ce qui donne lieu à des améliorations importantes de l'aptitude à suivre les courbes. Le troisième mode de <EMI ID=104.1>
réalisation de l'invention comporte une contrainte négative d'inci Trais on en lacet.
<EMI ID=105.1>
défini comme étant un ressort qui a un effet déstabilisateur augmentant avec le déplacement, c'est-à-dire qui applique une force
<EMI ID=106.1>
écarté de sa position naturelle, à angle droit par rapport à l'axe longitudinal de la superstructure ou du wagon. Ceci est en contradiction avec un ressort classique qui développe une force de rappel proportionnelle au déplacement, c'est-à-dire qui applique
<EMI ID=107.1>
Billon se reporte d'abord à l'équation (13) donnée ci-dessus, ondoit noter que, de façon classique, on néglige certains de ses termes comme étant d'importance secondaire. Les termes ainsi négligés croissent toutefois avec la vitesse jusqu'à ce que
<EMI ID=108.1>
<EMI ID=109.1>
sont r.erdus égaux ou approximativement égaux entre eux et de si-
<EMI ID=110.1>
est nul ou négligeable, et que les termes
<EMI ID=111.1>
soient aussi rendus égaux ou approximativement égaux entre eux et de- signes contraires, de sorte que l'équation (13) se réduit
<EMI ID=112.1>
dans le cas idéal.
<EMI ID=113.1>
et une deuxième série de racines
<EMI ID=114.1>
<EMI ID=115.1>
VM
ment pendant du fait que le cas idéal est atteint ou non. Dans <EMI ID=116.1>
est en dérangement, il va retourner à sa position centrale sur les rails de manière exponentielle et, dans le cas de suramortissement, il retournera à la position centrale sans dépasser celle-ci. Dans un cas comme dans l'autre, l'invention apporte un perfectionnement considérable par rapport à l'état de la technique où l'on sait par expérience que, lorsqu'il est jais en dérangement, le train de roues non seulement retourne à sa position centrale mais dépasse largement cette position et est mis : en mouvement sinusoïdal dans le plan horizontal.
En vue de respecter l'équation (14), on doit choisir pour
<EMI ID=117.1>
attribue un signe négatif pour les raisons suivantes :
(a) Un k négatif permet aux trains de roues de s'incliner librement en lacet et d'atteindre ainsi la position radiale correcte
-.sur. voie en courbe.
<EMI ID=118.1>
le centre d'inclinaison en lacet du train de roues au cadre de
-wagon à sa superstructure indirectement par le wagon', assure que le train de roues reste pratiquement à sa position centrale quand le véhicule ou wagon est stationnaire, c'est-à-dire ne se décale pas vers l'un des côtés du véhicule. Avec une telle construction, il n'est possible au train de roues que de s'incliner en lacet, mais ceci ne se produit pas en pratique car la résistance au glis- <EMI ID=119.1>
moment maximal d'inclinaison en lacet qui peut résulter d'un k négatif.
(c) Un k négatif ferait se décaler le wagon vers un côté ou l'autre, lorsqu'il est au repos.
(d) Des roues profilées manifestent une force naturelle possible de rappel appelée Çraideur gravitationnelle de suspension. Cet <EMI ID=120.1>
mais doit d'abord être surmonté si c'est un � négatif qui est choisi.
On peut calculer la valeur du k négatif en faisant
<EMI ID=121.1>
<EMI ID=122.1>
<EMI ID=123.1>
<EMI ID=124.1> deux derniers termes).
Ceci donne :
<EMI ID=125.1>
L'équation (15) montre que k est une fonction de f (coefficient de glissement) qui, à son tour, est une fonction du poids total du véhicule. Ceci fait ressortir un autre avantage de l'invention en ce sens qu'on peut calculer pour la longueur de k une valeur qui assurera- une suspension stabilisée en mouvements de lacet, indépendamment de la charge du.véhicule. Pour les Chemins de Fer Sud-Africains qui utilisent des voies de 1,067 m environ, une longueur comprise entre 100 et 200 mm environ a été utilisée expérimentalement mais des longueurs plus faibles ou plus élevées peuvent être exigées selon l'état de la voie et du véhicule.
L'analyse qui précède est d'une nature très simple puisqu'elle s'applique à un train de roues suspendu au sol et ne tient pas compte des mouvements du corps et/ou du bogie. Néanmoins, cette conception peut s'étendre à l'ensemble d'un système de véhicule et bien qu'on considère dans l'état actuel des choses, qu'il puisse ne pas être possible d'atteindre la situation idéale de l'amortissement exponentiel, un système suramorti serait certes possible. Cette impossibilité d'atteindre l'idéal résulte du fait que les équations du mouvement sont très complèxes et que certaines approximations doivent être faites. Les équations peuvent toutefois être résolues empiriquement à l'aide d'un ordinateur dans lequel l'idéal peut se trouver réalisé.
L'analyse faite jusqu'ici montre qu'il sera nécessaire d'avoir un amortissement latéral entre les trains de roues et
la superstructure et/ou le wagon. De plus, dans un véhicule monté sur bogie, il est aussi avantageux d'avoir un amortissement entre le bogie et le corps, si le bogie est monté sur traverse danseuse, on peut utiliser avantageusement des systèmes classiques, tels que coins et plaques d'usure, mais, pour les voitures de voyageurs, on peut aussi avoir à utiliser des amortisseurs visqueux.
Un amortissement supplémentaire est exigé longitudinalement entre le corps et les trains de roues. On peut utiliser dans ce cas un amortissement visqueux ou à friction.
Bien que cette invention concerne principalement la stabi- <EMI ID=126.1>
lisation des mouvements de lacet des trains de roues car ce facteur est celui qui, entre autres, provoque l'usure des bandes de roulement de loues et limite en fin de compte la vitesse maximale de fonctionnement du véhicule, la stabilisateur des mouvements de lacet du corps décrit ci-dessus peut aussi être incorporé par addition de triangles articulés appropriés.
Si l'on se reporte maintenant à la fig. 20 des dessins, on y voit, en représentation schématique,- un cadre latéral de bogie
16, un pendule inversé ou articulation 422 et un train de roues
13 accouplé au cadre latéral 16 par le pendule inversé 422. Le train de roues 13 comprend deux.roues 12 ayant des bandes de roulement coniques avec un profil à "usure standard" ou à profil Heumann, montées rigidement sur un essieu plein commun 14. Aux extrémités de l'essieu 14 ou au voisinage de celles-ci, il est
<EMI ID=127.1> .flasques horizontaux 28, de part et d'autre de l'essieu 14. Les adaptateurs de boîte d'essieu peuvent être d'une construction classique quelconque. Des flasques verticaux 420 sont fixés à la face supérieur de chacun des flasques 28. Ces flasques verticaux
420 sont munis d'axes 426 de sorte que l'une des extrémités d'un élément allongé 428, pratiquement rigide, peut leur être relié à leurs autres extrémités. Les éléments 428 sont articulés par <EMI ID=128.1>
de paliers 15 sont montés entre adaptateurs 26 et essieu 14.
Si l'on se reporte à la fig. 21 où des références identiques
<EMI ID=129.1>
pivotement "rigide" entre le cadre latéral 16 du bogie et le train de roues. Selon ce mode de réalisation, la liaison comprend un organe excentré ou manivelle 430 qui est monté à rotation autour de l'essieu 14 et qui est articulé par un axes ou pivot 432 a au cadre latéral 16.
Une caractéristique qui est montrée à la fig. 21 mais qui peut aussi être utilisée avec le mode de réalisation précédent consiste en ce que les butées 434 et 435 sont fixées au cadre latéral 16. Elles servent à limiter l'inclinaison du train de roues en lacet. On peut aussi utiliser toutes autres butées appropriées..
<EMI ID=130.1>
liaison à pivotement que l'on peut utiliser entre les trains de roues et les cadres latéraux 16 de wagon. Cette liaison comprend <EMI ID=131.1>
un élément 436, pratiquement rigide, qui a la forme d'une plaque *** rectangulaire épaisse dont deux côtés opposés, désignés par 437, sont arrondis et conformés de façon à s'adapter à des gorges peu profondes 439 formées dans deux tampons de caoutchouc 438. Ces tampons sont fixés respectivement au cadre latéral 16 de bogie et aux flasques 28 dont sont munis les adaptateurs 26 de boites d'essieu.
Cette liaison de pivotement fonctionne pratiquement de la même manière que celles décrites ci-dessus à cette exception près que, en raison de la profondeur de l'élément 436 qui peut être
de 10 cm environ, il se produit dans la liaison un accroissement de la raideur latérale de la suspension. De plus, les tampons de caoutchouc ou autre matière élastomère peuvent être choisis pour faire varier la raideur latérale de la suspension ainsi que pour assurer un amortissement longitudinal et latéral.
.La liaison venant d'être décrite. peut .être adaptée pour être utilisée avec l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits précédemment, par exemple en remplacement du joint à cheville 432 de la fig. 21 ou de l'un au moins des deux joints à cheville 424 et 426 de la fig. 20.
Les ancrages longitudinaux des types précédemment décrits, qui agissent pour maintenir le train de roues longitudinalement par rapport au véhicule seulement et ne gênent nullement les mouvements transversaux ou d'inclinaison en lacet du train de roues, sont utilisés (et sont en fait nécessaires) avec tous les modes de réalisation à ressorts négatifs.
Pour des roues motrices, par exemple'sur locomotive électrique ou diesel-électrique, l'ancrage peut être accouplé au moteur lui-même, celui-ci étant monté de façon rotative sur l'essieu. Ceci s'applique bien entendu à tous les modes de réalisation décrits ci-dessus.
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suspension négative conforme à l'invention est au repos, la conception des éléments de pivotement léur donne de la raideur latérale qui empêche un mouvement latéral relatif entre les cadres de bogie et les trains de roues. De plus, les ancrages longitudinaux maintiennent le centre de pivotement en lacet du train de roues. Ainsi, le train de roues n'est libre que de s'incliner
en lacet mais une telle inclinaison ne se produit pas en fait car les forces de frottement agissant dans la zone do contact entre la bande de roulement d'une roue avec le rail ou la voie sont supérieures à tout moment de couplage provenant de la raideur négative des éléments de pivotement et les trains de roues restent dans leur position centrale quand le véhicule est au repos.
Quand le véhicule se déplace, des forces de frottement sont engendrées dans la zone de contact entre les bandes de roulement des roues et la voie et elles agissent de manière à amener le train de roues à sa position centrale. Durant l'usage normal, c'est-à-dire aux vitesses usuelles, les trains de roues agissent comme le faisait prévoir l'analyse exposée ci-dessus. Ainsi quand le train de roues est dérangé transversalement ou en inclinaison de lacet, il retourne à sa position centrale d'une manière soit exponentielle soit suramortie.
<EMI ID=133.1> pendu de cette manière, doit être stable mais un homme de métier éprouve de la méfiance devant cette théorie. C'est pourquoi on a
-construit et essayé un véhicule expérimental pour vérifier si théorie et pratique concordent. Bien qu'un amortissement exponentiel idéal n'ait pas été réalisé, du moins pour le moment, on a constaté une aptitude à franchir les courbes et une stabilité aux mouvements de lacet qui sont excellentes.
Un avantage de cette suspension est qu'il n'y a en courbe qu'une très faible contrainte exercée sur les trains de roue en inclinaison de lacet, ceci étant dû principalement aux frottements produits dans les joints à chevilles. Avec une suspension classique, il y a une tendance au sous-virage pour les trains de roues alors qu'avec la raideur élastique négative conforme à l'invention, les trains de roues sont survireurs.
De plus, comme les.mouvements de lacet des trains de roues sont supprimés et que le franchissement des courbes se fait sans contact des boudins, il n'y a que peu ou pas du tout d'usure sur les bandes de roulement des roues. Ceci entraîne une économie considérable dans les frais d'exploitation des Chemins de Fer. Il y a aussi, bien entendu, moins d'usure sur la voie.
Un-autre avantage-procuré par tous les modes de réalisa-' tion de l'invention .est qu'on peut utiliser des bandes de roulement profilées à "usure standard" ou du type Heuman. De tels <EMI ID=134.1>
profils sont de ceux quine. changent guère avec l'usure; de- la bande de roulement ; en conséquence, les caractéristiques de fonctionnement des suspensions ne changent pas à mesure que s'usent les bandes de roulement.
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1 - Procédé pour minimiser les mouvements de lacet et améliorer l'aptitude à suivre une courbe d'un wagon de chemin de
fer équipé d'au moins deux trains de roues, les trains de roues comportent des paires de roues montées rigidement sur un essieu
commun, caractérisé par le fait qu'il comprend les phases suivantes :
(a) monter les trains de roues de façon à leur donner de la liberté d'inclinaison en lacet;
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clinaison en lacet ;
(c) profiler les bandes de roulement des roues avec une conicité effective supérieure à 1/20; et
(d) amortir les mouvements latéral et d'inclinaison en lacet des trains de roues par rapport au wagon.