Essieu pour véhicule ferroviaire à plancher bas, bogie et véhicule ferroviaire comprenants un tel essieu

Abstract

 L'invention concerne un essieu (11) pour véhicule ferroviaire du type comprenant un arbre central (21), deux roues (9) liées en rotation par l'arbre (21) et deux paliers (22), chaque roue (9) étant montée rotative par rapport à un palier (22) suivant l'axe (Y) des roues (9). L'essieu comprend en outre au moins une traverse (23) de rigidification en flexion de l'essieu (11), cette traverse (23) reliant rigidement les deux paliers (22).
Application à un bogie et à un véhicule ferroviaire.

Description

[0001] La présente invention concerne un essieu pour véhicule ferroviaire du type comprenant un arbre central, deux roues liées en rotation par l'arbre et deux paliers, chaque roue étant montée rotative par rapport à un palier suivant l'axe des roues.

[0002] De tels essieux sont classiquement utilisés pour des véhicules ferroviaires notamment pour le transport ferroviaire urbain, de type tramway. Ces essieux classiques équipent des bogies supportant des caisses de véhicule dont le plancher est, généralement, au-dessus des essieux, à une hauteur de 520 mm au-dessus du bord supérieur des rails avec des roues standard de 590 mm de diamètre à l'état neuf. En milieu urbain, et donc sans quai, cette hauteur de plancher représente une difficulté pour l'accès des passagers, par exemple, dans un tramway.

[0003] Le document EP 1 171 336 décrit un véhicule ferroviaire avec, d'une part, un plancher abaissé au-dessus des essieux d'une hauteur, au-dessus du bord supérieur des rails, de 450 mm grâce à des roues de diamètre inférieur au diamètre standard et, d'autre part, une zone de plancher de moindre hauteur, à 355 mm environ au-dessus des rails, reliée par des rampes à la zone de plancher au-dessus des essieux, cette zone de moindre hauteur étant une zone d'accès facilité pour les passagers.

[0004] Il existe également des essieux coudés. De tels essieux, décrits par exemple dans le document EP 911 239, sont situés sous l'axe de rotation des roues, en permettant d'abaisser le plancher au niveau des essieux des roues, grâce à un arrangement complexe de transmission des couples moteurs aux roues. Ces essieux comportent en effet des renvois d'angle et/ou des réducteurs permettant la mise en oeuvre d'un arbre de liaison rotatif déporté parallèle à l'axe de rotation des roues.

[0005] Les inconvénients de ces deux types d'essieux sont, dans le premier cas, la nécessité d'utiliser des roues non standard et, dans le second cas, une complexité et donc un coût élevé de fabrication des essieux.

[0006] Le but de l'invention est donc de fournir un véhicule à plancher abaissé sans les inconvénients mentionnés précédemment.

[0007] A cet effet l'invention a pour objet un essieu pour véhicule ferroviaire du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une traverse de rigidification en flexion de l'essieu, cette traverse reliant rigidement les deux paliers.

[0008] Suivant d'autres caractéristiques de l'invention :

• la ou chaque traverse est située à une hauteur inférieure à la hauteur de l'arbre, par rapport aux sommets des rails ;
• le diamètre de l'arbre est compris entre 60 et 140 mm;
• la traverse présente une section au moins égale à celle de l'arbre;
• la traverse est creuse et l'arbre s'étend à l'intérieur de la traverse;
• la traverse définit avec les paliers un volume étanche autour de l'arbre.

[0009] L'invention a également pour objet un bogie comprenant un châssis et au moins un essieu tel que défini ci-dessus supportant ledit bogie.

[0010] L'invention a également pour objet un véhicule ferroviaire comprenant une caisse et au moins un bogie tel que défini ci-dessus pour le support de la caisse.

[0011] Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, dans le cas par exemple d'un tramway :

• les roues ont un diamètre compris entre 530 et 660 mm, et le véhicule comprend un premier plancher d'une hauteur comprise entre 385 et 510 mm au-dessus du bord supérieur des rails dans la région du bogie ; et
• le véhicule ferroviaire comprend un second plancher d'une hauteur comprise entre 335 et 375 mm les deux planchers étant reliés par une rampe d'inclinaison comprise entre 5 et 10%.

[0012] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :

• la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un bogie équipé de deux essieux selon l'invention ;
• la figure 2 est une vue schématique de face sensiblement suivant la flèche II de la figure 1, montrant un essieu ;
• la figure 3 est une vue de profil d'un véhicule ferroviaire avec deux niveaux différents de plancher ; et
• la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 2, montrant un essieu selon une variante de l'invention.

[0013] Le bogie 1 de la figure 1 comprend essentiellement un châssis 5, deux paires de roues 9 chacune intégrée dans un essieu 11, et un système de suspension 15 interposé entre les essieux 11 et le châssis 5.

[0014] Le châssis 5 a une forme générale de H avec deux longerons 17, parallèles à l'axe X longitudinal du bogie 1. Chaque longeron 17 présente deux zones 18 de dénivellation, la partie médiane du longeron entre les deux essieux 11 étant plus basse que les extrémités du longeron. Les deux longerons 17 sont reliés par une poutre 19 centrale transversale perpendiculaire aux longerons 17. Le châssis 5 est destiné à supporter une caisse 20 d'un véhicule, de tramway par exemple. La caisse 20 est, par exemple, articulée au centre de la poutre 19.

[0015] Chaque essieu 11 comprend un arbre central 21 qui s'étend transversalement suivant toute la largeur de l'essieu. Il relie les deux roues 9 en rotation et s'étend suivant l'axe Y de rotation commun des deux roues.

[0016] Deux paliers 22, situés chacun contre une roue 9, supportent le châssis 5. Chaque roue 9 est montée rotative par rapport à un palier 22.

[0017] Une traverse 23, visible sur la figure 2, par exemple cylindrique et de section rectangulaire, relie rigidement les deux paliers 22 entre eux par leurs extrémités inférieures, au droit de l'arbre 21. La traverse 23 est ainsi parallèle à l'axe Y de rotation des roues 9 et située sous l'arbre 21. Elle est légèrement espacée de ce dernier d'une distance l avantageusement comprise pour un tramway entre 80 et 120 mm, par exemple de l'ordre de 100 mm.

[0018] Les deux paliers 22 présentent chacun une surface d'appui du système de suspension 15.

[0019] Les roues 9 ont un diamètre D avantageusement compris entre 530 mm et 620 mm, par exemple de l'ordre de 590 mm. 590 mm est le diamètre standard pour des roues de tramway, à l'état neuf. Le diamètre de roues 9 standard peut descendre jusqu'à 530 mm avec l'usure. Les roues 9 sont posées sur des rails 24.

[0020] Le diamètre d de chaque arbre 21 est avantageusement compris entre 60 mm et 140 mm, par exemple de l'ordre de 100 mm.

[0021] La traverse 23 a une section au moins égale à celle de l'arbre 21.

[0022] Des organes de contrôle du bogie, comme un réducteur de vitesse 26 ou un moteur, par exemple, sont logés dans un ou plusieurs paliers 22.

[0023] Le plancher 31 de la caisse 20 du véhicule, situé juste au-dessus de l'essieu 11, est espacé de l'essieu 11 d'un intervalle i. L'intervalle i, correspondant au débattement des suspensions 15, est avantageusement compris entre 40 et 80 mm, de l'ordre de 60 mm par exemple. Le plancher 31 est d'une épaisseur e, avantageusement comprise entre 30 et 70mm, par exemple de l'ordre de 50 mm.

[0024] Le côté intérieur du plancher 31 est ainsi à une hauteur h du sommet du rail qui est une fonction de D, d, e et i suivant la relation :


h est donc compris entre

et

de l'ordre de 455 mm par exemple.

[0025] La poutre 19 relie les longerons 17 en passant sous le plancher 31.

[0026] Le principe de fonctionnement de l'invention est d'optimiser l'encombrement vertical de l'essieu 11 en le réduisant au maximum en hauteur, afin de libérer de l'espace pour descendre au maximum le plancher 31 de la caisse 20 du véhicule.

[0027] Les fonctions traditionnelles de l'essieu 11 sont ici séparées. En effet, un essieu 11 doit généralement, d'une part solidariser les roues 9 et les entraîner en rotation en leur transmettant les couples de traction et de freinage, les roues 9 tournant ainsi ensemble et parallèlement, et, d'autre part, résister aux efforts de flexion dus à la masse du véhicule et du châssis 5, transmis par le système de suspension 15.

[0028] Le bogie 1 sépare les fonctions de l'essieu 11 entre d'une part, l'arbre central 21 qui remplit la première fonction de l'essieu, et d'autre part, la traverse 23 qui remplit la seconde fonction.

[0029] La traverse 23 présente en effet une inertie suffisante pour résister à la flexion due aux efforts provenant du véhicule et du châssis. La traverse 23 ne tourne pas, et seul l'arbre 21 entraîne les roues 9 en rotation.

[0030] Ainsi, la seule contrainte de dimensionnement de l'arbre central 21 est la fonction d'entraînement des roues 9 par l'arbre 21, qui peut donc être d'un diamètre plus petit que s'il remplissait les deux fonctions de l'essieu 11.

[0031] Comme la hauteur h du plancher 31 de la caisse 20 au-dessus du bord supérieur des rails 24 est limitée par le rayon R/2 des roues 9 augmenté du rayon d/2 de l'arbre 21, et d'un intervalle minimum i, l'invention permet un abaissement du plancher 31 à la hauteur h de 455 mm, en tenant compte en outre de l'épaisseur du plancher 31.

[0032] De plus, un essieu 11 permet un système simple de transmission, la première fonction de l'essieu étant conservée, grâce à l'arbre central 21.

[0033] Comme le montre la figure 3, dans le véhicule 33, une rampe 35 d'inclinaison inférieure à 10% est avantageusement prévue pour relier le plancher 31 de la zone au dessus du bogie à une zone 39 de plancher de moindre hauteur h'. Cette zone 39 de moindre hauteur h' est par exemple la zone d'accès des passagers. On atteint ainsi un niveau de plancher 39 relativement bas pour la zone d'accès des passagers, de l'ordre de 355 mm.

[0034] En variante, chaque essieu comprend deux traverses, par exemple dans le cas (non représenté) où les paliers sont situés à l'extérieur des roues. Chaque traverse relie les deux paliers, la première traverse étant située devant les roues et la seconde derrière les roues, symétriquement par rapport à l'arbre.

[0035] Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la traverse 23 de chaque essieu 11 est située sous l'arbre 21 correspondant, et espacée de celui-ci. L'arbre 21 se situe à l'extérieur de la traverse 23.

[0036] Le mode de réalisation illustré sur la figure 4, où les références numériques aux éléments semblables à ceux de la figure 2 ont été conservées, diffère de celui de la figure 2 en ce que la traverse 23 entoure l'arbre 21. Autrement dit, l'arbre 21 s'étend à l'intérieur de la traverse 23.

[0037] La traverse 23 est néanmoins située à une hauteur inférieure à celle de l'essieu classique pour la même application par rapport aux sommets des rails 24. Plus précisément, la traverse 23 est réalisée avec une surface neutre de la traverse située en dessous de l'axe de l'arbre.

[0038] On appelle la surface neutre en flexion sous charge verticale de la traverse le lieu des points de contrainte longitudinale nulle en flexion sous une charge verticale due au châssis 5 et à un véhicule ferroviaire en appui sur le châssis

[0039] Pour ce faire, la traverse 23 possède par exemple plus de matière en partie inférieure, entre l'arbre 21 et le sommet du rail, qu'en partie supérieure, au-dessus de l'arbre 21. Dans l'exemple illustré, la traverse 23 est décalée verticalement par rapport à l'arbre 21 de sorte que le jeu Jsup entre l'arbre 21 et la paroi interne supérieure de la traverse 23 est inférieur au jeu Jinf entre l'arbre 21 et la paroi interne inférieure de la traverse 23.

[0040] La traverse 23 définit avec les paliers 22 un volume étanche autour de l'arbre 21, entre les paliers 22.

[0041] Ainsi, les sorties des paliers 22 côté intérieur (du côté de chaque palier 22 opposé à la roue 9 adjacente) sont rendues étanches par la traverse 23, et il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens d'étanchéité supplémentaires. Seules les sorties des paliers 22 côté extérieur doivent être munies de moyens d'étanchéité. Ceci présente l'avantage de simplifier les paliers 22 et de réduire le coût de fabrication de l'essieu 11.

[0042] Dans ce mode de réalisation, la distance i entre l'arbre 21 et le plancher 31 doit être suffisante pour loger la paroi supérieure de la traverse 23 (qui est par exemple de l'ordre de 10 mm), et ménager un jeu Jsup suffisant (par exemple de l'ordre de 10 mm). Il en résulte que la hauteur du plancher 31 est supérieure à celle que l'on peut obtenir avec le mode de réalisation de la figure 2 (par exemple supérieure de l'ordre de 20 mm).

Revendications

1. Essieu (11) pour véhicule ferroviaire (33) du type comprenant un arbre central (21), deux roues (9) liées en rotation par l'arbre (21) et deux paliers (22), chaque roue (9) étant montée rotative par rapport à un palier (22) suivant l'axe (Y) des roues (9), l'arbre central (21) s'étendant suivant l'axe (Y) des roues, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une traverse (23) de rigidification en flexion de l'essieu (11), cette traverse (23) reliant rigidement les deux paliers (22).

2. Essieu (11) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou chaque traverse (23) est située à une hauteur inférieure à la hauteur de l'arbre (21), par rapport aux sommets des rails (24).

3. Essieu (11) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (21) s'étend à l'intérieur de la traverse (23).

4. Essieu (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre (d) de l'arbre (21) est compris entre 60 et 140 mm.

5. Essieu (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la traverse (23) présente une section au moins égale à celle de l'arbre (21).

6. Essieu (11) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la traverse (23) définit avec les paliers (22) un volume étanche autour de l'arbre (21).

7. Bogie (1) pour véhicule ferroviaire (33) caractérisé en ce qu'il comprend un châssis (5) et au moins un essieu (11) suivant l'une quelconque des revendications précédentes supportant ledit bogie.

8. Véhicule ferroviaire (33), caractérisé en ce qu'il comprend une caisse (20) et au moins un bogie (1) suivant la revendication 7 pour le support de la caisse.

9. Véhicule ferroviaire (33) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les roues (9) ont un diamètre (D) compris entre 530 et 660 mm, et le véhicule (33) comprend un premier plancher (31) d'une hauteur (h) comprise entre 385 et 510 mm au-dessus du bord supérieur des rails (24) dans la région du bogie.

10. Véhicule ferroviaire (33) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un second plancher (39) d'une hauteur (h') comprise entre 335 et 375 mm, les deux planchers (31, 39) étant reliés par une rampe (35) d'inclinaison comprise entre 5 et 10% .

Dessins