[0001] L'invention concerne une installation pour modifier l'écartement des roues d'un bogie
de véhicule ferroviaire en mouvement et possédant des roues à écartement réglable
entre au moins deux valeurs.
[0002] Les réseaux ferrés utilisés dans le monde pour la circulation sur rails des véhicules
ferroviaires transportant des personnes et/ou des marchandises se répartissent en
trois grandes catégories se distinguant par la valeur de l'écartement de la voie :
- le réseau standard International ayant un écartement de 1 435 mm,
- le réseau Russe ayant un écartement de 1 524 mm,
- le réseau Ibérique ayant un écartement de 1 668 mm.
[0003] Pour qu'un convoi de véhicules ferroviaires puisse passer d'un réseau ayant un écartement
donné à un autre réseau ayant un écartement différent, il est nécessaire d'utiliser
du matériel roulant spécial. A défaut, il faut mobiliser deux convois ferroviaires
aptes à circuler sur des réseaux ayant des écartements différents et, dans la zone
de transit entre les réseaux, transférer les personnes et les marchandises depuis
les véhicules d'un convoi vers ceux de l'autre convoi.
[0004] Cela prend du temps et n'est pas favorable à la réduction des temps de déplacements
entre pays frontaliers.
[0005] Pour remédier à cela, le document
CH517612 fournit une installation dans laquelle chaque roue d'un bogie est montée coulissante
sur son arbre, pour pouvoir, dans une installation de changement d'écartement, être
déplacée transversalement par des contre rails qui, venant en contact avec les deux
cotés de chaque roue et à sa base, sont posées au sol en formant un V convergeant
ou divergeant
[0006] Ce mode de déplacement des roues sur leur essieu génère des frottements importants
qui sont des sources d'usure et de coincement.
[0007] Le document
WO2006/027485, au nom du déposant, remédie à cela en montant chaque roue à l'extrémité d'un bras,
qui est lui-même monté libre en rotation et coulissant sur son axe, mais dont les
mouvements de translation sur cet axe sont commandés par un vérin pneumatique axial
et à double effet éliminant par sa position axiale les risques de coincement.
[0008] Dans le document
WO2009/071768, également au nom du déposant, chaque boggie pour véhicule ferroviaire est muni de
roues à écartement réglable entre au moins deux positions. Dans une forme de réalisation,
chaque roue est solidaire de deux bouts d'arbre opposés pouvant coulisser transversalement
dans leurs paliers. Chaque bout d'arbre coopère, d'une part, avec des moyens de verrouillage,
déverrouillable, le calant dans chacune de ses positions transversales et, d'autre
part, avec des moyens d'assistance aptes à lui communiquer un mouvement de translation
transversale au moins dans un sens lors du changement d'écartement.
[0009] La présente invention à pour objet de compléter l'équipement ménagé sur les véhicules
dans le but de modifier l'écartement des roues pour l'adapter à celui d'un réseau
ferroviaire en fournissant des moyens à poste fixes facilitant cette adaptation.
[0010] Elle concerne plus particulièrement une installation d'accueil de véhicules ferroviaires
dans lesquels chaque roue est solidaire de deux bouts d'arbre opposés pouvant coulisser
transversalement dans leurs paliers, chaque bout d'arbre (10) coopérant, d'une part,
avec des moyens de verrouillage déverrouillable le calant dans chacune de ses positions
transversales et, d'autre part et lors du changement d'écartement, avec des moyens
d'assistance aptes à lui communiquer un mouvement de translation transversale, ces
moyens étant commandés par un boitier de commande porté par le véhicule.
[0011] L'installation selon l'invention comprend :
- A) à un poste fixe F de modification de l'écartement des roues,
- une zone Z1 avec des rails de roulement ayant un écartement large L1,
- une zone Z3 avec des rails de roulement ayant un écartement réduit L2,
- et une zone de transition Z2 dans laquelle l'écartement des rails de roulement varie
de manière symétrique et régulière par rapport à l'axe médian de la voie et entre
la valeur maximale L1 de l'écartement de la zone large Z1 et la valeur L2 de la zone
étroite Z3
- et, au moins sur la longueur du poste F, deux rails conducteurs de l'électricité,
disposés parallèlement et entre les deux rails de roulement; et
- B) sous chaque véhicule ferroviaire, au moins deux patins conducteurs de l'électricité
espacés transversalement et aptes à venir en contact avec les rails conducteurs, ces
patins étant reliés électriquement au boitier de commande portés par le véhicule.
[0012] Grace à cet aménagement, quand le véhicule parvient au poste de modification de l'écartement
des voies, ses patins conducteurs viennent en contact avec les rails conducteurs et
permettent l'alimentation électrique des moyens régissant le déverrouillage des moyens
de verrouillage en translation des bouts d'arbre et les moyens pneumatiques d'assistance
de la translation des arbres dans leur paliers. L'assistance à la translation tranversale
des arbres et des roues n'est déclenchée que quand ces roues circulent sur le tronçon
de voie modifiant l'écartement.
[0013] Dans une forme d'exécution de l'invention, au poste de changement d'écartement, les
rails de roulement sont bordés, intérieurement et/ou extérieurement, par des contrerails
aptes à venir en contact avec le boudin des roues ou chaque roue pour participer à
la translation transversale de la roue.
[0014] Cet aménagement garantit que le déplacement transversal de chaque roue s'effectue
en rapport avec la variation de l'écartement entre les rails de roulement et supprime
tous risques de déraillement.
[0015] Avantageusement, les rails conducteurs de l'électricité sont portés par des isolateurs
et de manière que leurs faces supérieures soient à un niveau vertical supérieur à
celui des faces supérieures des rails pour roues.
[0016] Grâce à cette précaution les patins ne risquent pas, hors de la zone de modification
de l'écartement, de heurter des équipements de voie, tels que pédales de commande
ou « crocodiles ».
[0017] Dans une forme d'exécution préférée, les rails conducteurs de l'électricité sont
alimentés électriquement par une armoire de commande sous le contrôle de moyens réagissant
ou détectant l'entrée et la sortie d'un véhicule ferroviaire dans le poste de modification
de l'écartement.
[0018] Ainsi, c'est seulement lorsqu'un véhicule traverse le poste de modification de l'écartement
que le courant circule dans les rails électriques, de sorte que, quelles que soient
les caractéristiques du courant, le personnel est protégé.
[0019] Dans une réalisation, dans chacune des zones Z1 et Z2 ayant un écartement de voie
constant, chacun des rails de roulement comporte des déformations locales, vers l'intérieur
et vers l'extérieur, de l'ordre de 3 à 5 millimètres par rapport à la direction théorique
du rail, apte, après déverrouillage des arbres, à déplacer transversalement les boudins
de roues pour décoller ces arbres de leur paliers.
[0020] Ces déformations sinisoïdales des rails exercent sur les boudins de roues des efforts
transversaux qui se communiquent aux arbres et éliminent ainsi tout effort résistant
pouvant, par effet de gommage, gêner la translation de réglage.
[0021] D'autre caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit, en
référence au dessin schématique annexé, dans lequel :
Figure 1 est une vue de coté en coupe partielle d'une forme d'exécution d'un boggie
équipant un véhicule selon l'invention ;
Figure 2 est une vue en plan par dessus du boggie de figure 1,
Figure 3 est une vue en plan par-dessus d'une forme de réalisation du poste de modification
de l'écartement ;
Figure 4 est une vue partielle en coupe suivant IV-IV de figure 3, montrant à échelle
agrandie les différents rails, contre rails et isolateurs ;
Figure 5 est une vue partielle en coupe suivant V-V de figure 2 montrant à échelle
agrandie les moyens pneumatiques associés aux bouts d'arbre d'une roue ;
Figure 6 est une vue en coupe suivant VI-VI de figure 5 montrant une forme d'exécution
des moyens de verrouillage d'un bout d'arbre.
[0022] Les moyens décrits dans les documents antérieurs du déposant et qui sont utiles à
la compréhension de l'invention par l'homme de métier, vont d'abord être décrits en
référence aux figures 1 à 2 et 5 à 6.
[0023] A ces figures, la référence V désigne le châssis du véhicule, C le châssis du boggie
et B1, B2 les châssis de deux bissels opposés portant chacun un train de roues coaxiales.
Le châssis C du boggie est un châssis cage comprenant deux parois horizontales, respectivement
supérieure 2a et inférieure 2b, reliées par des montants 3 et/ou des parois extrêmes
4. Ce châssis est articulé autour d'un pivot vertical 5 porté par le châssis V du
véhicule.
[0024] Les châssis B1 et B2 des deux bissels sont articulés sur le boggie par des articulations
18, dont l'axe vertical Z sécante l'axe géométrique horizontal G1 ou G2 du train de
roues correspondant. Le châssis de chaque bissel se prolonge à l'opposé de son train
de roues et vers l'autre bissel par une tête 6a, 6b, disposée autour du pivot vertical
5 et comportant une articulation de commande de pivotement du bissel, désignée de
façon générale par A.
[0025] Comme le montre la figure 2, la tête 6a ou 6b a une forme générale triangulaire et
est solidaire de deux fourches latérales dont les bras 8 sont espacés par un intervalle
E accueillant une roue 9. Celle ci est calée sur deux bouts d'arbre 10 et est indépendante
en rotation de l'autre roue du même train de roues. Les deux bouts d'arbres sont montés
libres en rotation dans des boites d'essieu 11, portées par les bras. Chaque châssis
B1 ou B2 comporte donc deux roues 9 coaxiales formant un train, avant ou arrière,
puisque le boggie porte deux bissels. Les châssis B1 et B2 présentent des surfaces
d'appui 12 pour les ressorts de suspension 13, prenant appui sur la paroi supérieure
2a du châssis C du boggie.
[0026] Chacune des roues 9 est déplaçable en translation dans l'intervalle E dont la valeur
est égale, au jeu fonctionnel près, à l'épaisseur de la roue 9 majorée de la moitié
de la différence L1 - L2 entre les écartements des voies sur lesquelles le véhicule
peut être amené à circuler. C'est ainsi que pour des véhicules européens amenés à
circuler sur des voies à l'écartement standard de 1,435 mètre et sur des voies à l'écartement
espagnol de 1,668 mètre, la course transversale de chaque roue est de 116,5 millimètres.
Elle est de 217,5 millimètres pour passer de l'écartement standard à l'écartement
métrique, par exemple pour passer d'une voie pour train à une voie pour tram, ou inversement.
[0027] Cet aménagement met en oeuvre des moyens complémentaires assistant le déplacement
de chaque roue 9 dans son bissel et des moyens de verrouillage dans chacune des positions
de chaque roue.
[0028] Dans la forme d'exécution représentée aux figures 5 et 6, chaque boite d'essieu 11
s'étend entre les deux parois du bras 8 et présente un alésage épaulé 61 dans lequel
est calé un roulement 62, à aiguilles ou à rouleaux. Chaque bout d'arbre 10 est monté
libre en rotation et en translation dans ce roulement 62 et est lié à un prolongement
10b, avec interposition d'une butée à billes 63 empéchant que le mouvement de rotation
de l'arbre 10 se transmette au prolongement 10b.
[0029] Ce prolongement 10b comporte, dans la boite d'essieu 11, deux gorges 64, espacées
et aptes chacune à coopérer avec un verrou radial de calage 65. Le corps 66 du verrou
est porté par la boite d'essieu 11 et contient un piston pneumatique 66b à simple
effet, privilégiant l'action de rappel du ressort 66a pour maintenir le verrou 65
en position verrouillée et ne faisant appel au flux pneumatique que pour assurer le
déverrouillage avant et pendant la phase de réglage de l'écartement .
[0030] Au-delà des gorges 64, chaque prolongement 10b est conformé en piston pneumatique
67 apte à être déplacé dans une chambre étanche 68. Cette dernière est reliée, par
un canal 70 et des conduits 71, à une boite de commande non représentée. Celle-ci
à pour fonction de régir successivement :
- l'alimentation pneumatique des corps 66 pour assurer le déplacement des verrous 65
dans le sens de leur deverrouillage,
- l'alimentation des chambres 68, ayant le plus petit volume et la mise à l'atmosphère
des chambres disposées de l'autre coté de chaque roue, pour assister le déplacement
transversal des arbres 10 et des roues 9,
- et, en fin de mouvement, la mise à l'atmosphère des moyens de commande 66, pour rendre
prépondérants les ressorts 66a et assurer, par le verrou 65 correspondant, le verrouillage
de la roue 9 dans sa nouvelle position transversale.
[0031] L'installation selon l'invention comprend des moyens F installés à poste fixe et
des moyens M portés par chacun des véhicules ferroviaires.
[0032] La figure 3 montre que les moyens faisant partie d'un poste fixe F de modification
de l'écartement des roues, comprennent :
- une zone Z1 avec des rails de roulement 80 ayant un écartement large L1, et s'étendant
avec un écart constant sur un longueur S1 ;
- une zone Z3 avec les mêmes rails 80, mais ceux-ci ayant un écartement constant réduit
L2 et s'étendant sur une longueur S3 ;
- et une zone de transition Z2 de longueur S2 et dans laquelle l'écartement entre les
deux rails 80 varie de manière symétrique et régulière par rapport à l'axe médian
de la voie et entre la valeur maximale L1 de l'écartement de la zone large Z1 et la
valeur L2 de la zone Z3, correspondants aux deux écartements de voies ;
- et, au moins sur la longueur du poste F, deux rails 81 conducteurs de l'électricité,
disposés parallèlement et entre les deux rails de roulement.
[0033] Les rails conducteurs 81 sont portés par des isolateurs 82 et de manière que leur
face supérieure soit à une distance H1 du sol ayant une valeur supérieure à la distance
H2 entre le sol et le sommet des rails 80. Ils sont connectés électriquement par des
conducteurs 83 à un poste fixe d'alimentation 84. Ce dernier est relié par des circuits
électriques 85a et 85b à des feux de signalisation 86 et à des détecteurs de passage
87.
[0034] Dans la zone de transition Z2 et comme montré dans la forme d'exécution de la figure
4, les rails 80 sont bordés intérieurement par des contre-rails 88 aptes à venir en
contact avec le boudin 9a des roues 9 pour guider leur translation transversale, dans
le sens de l'écartement. Cette zone Z2 peut aussi être bordée extérieurement par des
contre-rails aptes à venir en contact avec la roue pour l'assister dans sa translation
vers l'intérieur de la voie.
[0035] Dans une autre forme de réalisation concernant plus particulièrement les trams, le
guidage des roues est assuré par le talon ou par les bords de la gorge des rails constituant
la voie.
[0036] Avantageusement, dans la zone de transition Z2, les rails de roulement 80, contre-rails
88 et roues 9 sont lubrifiés au moins dans leurs parties venant en contact pour réduire
les frottements métal contre métal, générant des échauffements, des usures et des
bruits. Cette lubrification peut être effectuée manuellement ou automatiquement, par
exemple par des moyens de pulvérisation non représentés.
[0037] Les moyens M portés par chaque véhicule comprennent au moins deux patins 90 conducteurs
de l'électricité et, en l'occurrence, deux brosses métalliques, espacés transversalement
et aptes à venir en contact avec les rails conducteurs 81. Chaque patin 90 est portés
sous le véhicule par des moyens isolants et est reliés électriquement par des conducteurs
91 au boitier de commande disposé dans le véhicule et régissant le fonctionnement
des moyens pneumatiques 65-66 de verrouillage des arbres de roue et ceux 67-68 d'assistance
à la translation des arbres d'un train de roues.
[0038] Grâce à la hauteur H1 des rails conducteurs 81, les patins 90 sont à un niveau qui
leur permet de ne pas rencontrer les appareils de voie, tels que pédales, aiguillages,
crocodiles ou équivalents.
[0039] Quand un convoi de véhicules parvient à proximité d'un poste F de modification de
l'écartement des roues, sa machine de traction est détachée du convoi, orientée sur
une voie de garage et remplacée par une machine pousseuse. C'est parce qu'il n'existe
pas, à ce jour, de machine équipée de roues à écartement variable que cette phase
préparatoire est indispensable.
[0040] Pendant l'opération de modification de l'écartement des roues, le convoi est déplacé
à faible allure sur l'installation F, par exemple à une vitesse comprise entre 5 et
10 Km/h, en direction de la zone Z1 ou Z3.
[0041] Dès que le premier véhicule est détecté par un capteur 87 le poste de commande 84
alimente électriquement les rails conducteurs 81 et permet aux patins 90 d'alimenter
les moyens de commande électropneumatiques. Les moyens de verrouillage 65-66 sont
d'abord amenés pneumatiquement en position de libération des arbres 10, puis ce sont
les moyens 67-68 d'assistance à la translation qui sont alimentés pneumatiquement.
[0042] Le choix entre les moyens d'assistance pneumatique qui sont disposés à l'intérieur
du bogie et ceux qui sont disposés à l'extérieur, est effectué en fonction du sens
de déplacement du véhicule ferroviaire sur la zone Z2, donc entre réduction ou accroissement
de l'écartement, et peut donc être automatiquement réalisé par le poste de commande.
Dans une réalisation, la position transversale de chaque roue 9 et celle de chaque
verrou 65-66 sont détectées par des contacts électriques portés par le véhicule et
réagissant sur les moyens de commande électropneumatiques et sur des moyens de contrôle,
visuels ou sonores de ces positions.
[0043] Quand un véhicule est déplacé sur la zone de transition Z2, les boudins de ses roues
9 viennent en contact soit avec les champignons de ces rails, soit avec le bord des
contre-rails 88 et sont soumis à des efforts transversaux qui, avec l'aide des moyens
d'assistance pneumatique 67-68, provoquent les déplacements transversaux de ces roues,
entre leur position d'origine et leur position correspondant à un autre écartement
de voie.
[0044] Quand le véhicule quitte le poste F de modification de l'écartement des roues, avec
toutes les roues de ses boggies au nouvel écartement, les patins 90 perdent contact
avec les rails 81 alimentés électriquement, de sorte que la boite de commande électropneumatique
du véhicule n'est plus alimentée. Il en résulte que les divers moyens pneumatiques
sont reliés à l'atmosphère et que, dans les moyens de verrouillage 65-66, les ressorts
66a deviennent prépondérants et ramènent les verrous 65 en position de verrouillage,
en assurant le blocage de chaque roue 9 dans sa nouvelle position. Il est à noter
que l'arbre 10 de chaque roue est bloqué en translation par un verrou intérieur et
par un verrou extérieur, ce qui garantit son calage en translation.
[0045] En sortie du poste F, le convoi est à nouveau attelé à une machine motrice dont l'écartement
des roues correspond au nouvel écartement des roues du véhicule.
[0046] Dans une forme de réalisation, dans chacune des zones Z1 et Z3 ayant un écartement
de voie constant, chacun des rails 80 comporte des déformations locales, vers l'intérieur
et vers l'extérieur, de l'ordre de 3 à 5 millimètres pour une longueur de plusieurs
mètres, par rapport à la direction théorique du rail, lui donnant localement et en
vue par-dessus une forme sinusoïdale.
[0047] Cet agencement, qui est réalisé sur les rails dans une zone de ceux-ci située après
la zone dans laquelle les verrous 65 sont déverrouillés, utilise le contact des boudins
contre les rails pour générer des efforts transversaux alternés dégommant les arbres
de leur palier et rendant plus aisée la translation ultérieure modifiant la valeur
de l'écartement des roues.
[0048] Là aussi, les rails 80 peuvent être associés à des moyens de lubrification localisée,
manuels ou automatiques, réduisant les frottements, les usures et les bruits.
[0049] Le dispositif de réglage de l'écartement des roues qui a été décrit dans une application
avec deux écartements, peut aussi fonctionner avec d'autres écartements ayant des
valeurs intermédiaires. Ainsi, pour un véhicule dont les roues peuvent présenter comme
écartement minimal, celui standard de 1,435 mètre et comme écartement maximal, celui
espagnol de 1,668 mètre, pour obtenir un calage des roues pour un écartement intermédiaire,
correspondant par exemple à celui des voies russes, ayant une valeur de 1,524 mètre,
il suffit, sur chaque prolongement 10b, d'ajouter une gorge supplémentaire entre les
gorges 64.
[0050] Il ressort de ce qui précède que l'installation selon l'invention complète harmonieusement
les véhicules équipés de moyens de modification de l'écartement des roues décrits
dans l'état de la technique et permet, par des moyens simples, peu onéreux et de fonctionnement
rapide, sûr et fiable, de résoudre le problème du changement d'écartement des roues
pour l'adapter aux écartement de voies rencontrés. L'installation n'utilise une source
de courant électrique que pendant le passage des véhicules et se sert de l'air comprimé
disponible dans tous véhicules ferroviaires pour actionner temporairement des moyens
pneumatiques, tout en utilisant la force mécanique de ressorts pour assurer les fonctions
sécuritaires, telle que le verrouillage des arbres de roue.
1. Installation pour modifier l'écartement des roues d'un bogie de véhicule ferroviaire
V en mouvement possédant des roues (9) à écartement réglable entre au moins deux positions
et dans lequel chaque roue (9) est solidaire de deux bouts d'arbre opposés (10) pouvant
coulisser transversalement dans leurs paliers (11), chaque bout d'arbre (10) coopérant,
d'une part, avec des moyens de verrouillage (65, 66) déverrouillable le calant dans
chacune de ses positions transversales et, d'autre part et lors du changement d'écartement,
avec des moyens d'assistance (67) aptes à lui communiquer un mouvement de translation
transversale, ces moyens étant commandés par un boitier de commande porté par le véhicule
V,
caractérisé en ce que qu'elle comprend :
A) à un poste fixe F de modification de l'écartement des roues (9),
• une zone Z1 avec des rails de roulement (80) ayant un écartement constant large
L1,
• une zone Z3 avec des rails de roulement (80) ayant un écartement constant réduit
L2,
• et une zone de transition Z2 dans laquelle l'écartement des rails de roulement (80)
varie de manière symétrique et régulière par rapport à l'axe médian de la voie et
entre la valeur maximale L1 de l'écartement de la zone large Z1 et la valeur L2 de
la zone étroite Z3
• et, au moins sur la longueur du poste F, deux rails (81) conducteurs de l'électricité,
disposés parallèlement et entre les deux rails de roulement (80); et
B) sous chaque véhicule ferroviaire V, au moins deux patins (90), conducteurs de l'électricité,
espacés transversalement et aptes à venir en contact avec les rails conducteurs (81),
ces patins étant reliés électriquement au boitier de commande portés par le véhicule.
2. Installation pour modifier l'écartement des roues d'un bogie de véhicule ferroviaire
selon la revendication 1 caractérisé en ce que, au poste de modification de l'écartement, les rails de roulement (80) sont bordés,
intérieurement et/ou extérieurement, par des contre-rails (88) aptes à venir en contact
avec le boudin (9a) des roues (9) ou la roue pour guider leur translation transversale.
3. Installation pour modifier l'écartement des roues d'un bogie de véhicule ferroviaire
selon la revendication 1 caractérisé en ce que les rails (81) conducteurs de l'électricité sont portés par des isolateurs (82) et
de manière que leur face supérieure soit à une distance du sol (H1) supérieure à celle
(H2) de la face supérieure des rails de roulement (80).
4. Installation pour modifier l'écartement des roues d'un bogie de véhicule ferroviaire
selon la revendication 1 caractérisé en ce que les rails (81) conducteurs de l'électricité sont alimentés électriquement par une
armoire de commande (84) et sous le contrôle de moyens (87) réagissant ou détectant
l'entrée et la sortie d'un véhicule ferroviaire V au poste F de modification de l'écartement
des roues.
5. Installation pour modifier l'écartement des roues d'un bogie de véhicule ferroviaire
selon la revendication 1 caractérisé en ce que, dans chacune des zones Z1 et Z3 ayant un écartement de voie constant, chacun des
rails de roulement (80) comporte des déformations transversales, vers l'intérieur
et vers l'extérieur, donnant à chaque rail (80) un profil sinusoïdal apte, après déverrouillage
des arbres (10), à déplacer transversalement les boudins de roues (9a) pour décoller
ces arbres de leur paliers (11).
6. Installation pour modifier l'écartement des roues d'un bogie de véhicule ferroviaire
selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'elle comprend, dans la zone de transition Z2, des moyens assurant la lubrification
des rails de roulement 80, des contre-rails 88 et des roues 9 dans leurs parties venant
en contact les unes avec les autres.
7. Installation pour modifier l'écartement des roues d'un bogie de véhicule ferroviaire
selon la revendication 1 caractérisé en ce chaque véhicule ferroviaire V comporte
dans chacun de ses bogies B1 ou B2 des contacts électriques qui, détectant la position
transversale de chacune des roues (9) de ses train de roues et la position de ses
moyens de verrouillage (65-66), sont reliés électriquement au boitier de commande
électropneumatique dont l'alimentation est assurée par les patins (90).