La présente invention concerne un dispositif de pendulation de la caisse d'un véhicule ferroviaire par rapport à un bogie dudit véhicule ferroviaire, du type comprenant une traverse de pendulation destinée à être solidaire en mouvement de la caisse de véhicule ferroviaire et deux axes s'étendant sensiblement longitudinalement, chaque axe étant monté mobile en rotation autour d'un axe sensiblement longitudinal dans au moins un palier, destiné à être solidaire en mouvement du bogie, la traverse de pendulation comprenant deux pistes de roulement, s'étendant sensiblement transversalement, disposées chacune sur un desdits axes de sorte que la traverse est apte à se déplacer selon une direction sensiblement transversale sur lesdits axes.

L'invention concerne également un véhicule ferroviaire comprenant un tel dispositif de pendulation.

Un véhicule ferroviaire pendulaire, ou train pendulaire, est un véhicule dont la caisse peut basculer sur les bogies sur lesquels elle repose afin de compenser les effets de la force centrifuge sur les voyageurs lorsque le véhicule ferroviaire emprunte des courbes sur le trajet qu'il effectue. Un tel système permet d'augmenter la vitesse du véhicule ferroviaire dans les virages tout en préservant le confort des passagers, qui ne ressentent pas les effets de la force centrifuge due au passage dans les virages du fait du basculement de la caisse dans ces virages.

Un tel véhicule ferroviaire comprend un dispositif de pendulation de la caisse qui est interposé entre les bogies sur lesquels la caisse repose et la caisse. Le dispositif de pendulation comprend de façon classique une traverse de pendulation s'étendant sous la caisse et reposant sur des galets montés en rotation sur le bogie de sorte que la traverse peut « rouler » sur les galets de façon à faire basculer la caisse par rapport au bogie. Des moyens d'actionnement du déplacement de la traverse, par exemple un vérin, sont prévus entre le bogie et la traverse et sont agencés pour entraîner le déplacement de la traverse sur les galets selon la direction transversale lorsque le véhicule empreinte une courbe de sorte à faire basculer la caisse vers l'intérieur de la courbe d'un angle adapté au rayon de courbure du virage et à la vitesse du véhicule ferroviaire.

Les galets permettent de reprendre les efforts selon la direction transversale et en roulis de la traverse de pendulation et donc de la caisse par rapport au bogie. Cependant, pour reprendre les efforts selon la direction longitudinale, entraînés par la traction ou le freinage du véhicule ou dus à un tamponnement entre deux voitures successives par exemple, il est nécessaire de prévoir un dispositif de reprise supplémentaire séparé du dispositif de pendulation. Ce dispositif de reprise est formé par deux bielles d'entraînement s'étendant sensiblement longitudinalement entre la traverse de pendulation et le bogie et agencés pour absorber les efforts selon la direction longitudinale tout en autorisant le débattement de la traverse par rapport au bogie selon la direction transversale. Un tel dispositif de reprise est par conséquent complexe et encombrant et empêche l'installation de moteurs de traction dans le bogie. En outre, il est difficile à installer sur le bogie compte tenu des déplacements de la traverse par rapport au bogie. Un dispositif de pendulation présentant de tels galets est connu de JP 59143760A ; dans ce dispositif les galets sont munis à chaque extrémité d'un redan annulaire de guidage interdisant le glissement par rapport à l'unique piste de roulement associée.

L'un des buts de l'invention est de pallier cet inconvénient en proposant un dispositif de pendulation permettant de reprendre les efforts longitudinaux sans nécessiter l'ajout d'un dispositif de reprise séparé.

A cet effet, l'invention concerne un dispositif de pendulation du type précité, dans lequel chaque axe comprend à chacune de ses parties extrêmes longitudinales un tronçon de forme sensiblement tronconique, dont la grande base s'étend vers l'extrémité longitudinale de l'axe et la petite base s'étend vers l'intérieur de l'axe, chaque piste de roulement de la traverse comprenant deux tronçons inclinés, reposant respectivement sur un des tronçons tronconiques de l'axe sur lequel ladite piste de roulement repose.

La forme particulière des axes et des pistes de roulement permet non seulement de reprendre les efforts transversaux et en roulis, de façon classique, mais également de reprendre les efforts longitudinaux en permettant une absorption des efforts selon la direction longitudinale du fait de l'inclinaison selon cette direction des axes et des tronçons inclinés. En effet, cette forme particulière autorise un glissement de la traverse sur les axes selon la direction longitudinale tout en garantissant une stabilité de la traverse sur ces axes. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'installer un dispositif de reprise supplémentaire, ce qui libère de la place dans ce bogie, permettant ainsi l'installation de moteurs de traction par exemple.

Selon d'autres caractéristiques du dispositif de pendulation :

• chaque tronçon incliné présente une forme incurvée selon la direction longitudinale, ladite forme incurvée étant telle qu'un des tronçons inclinés repose sur le tronçon tronconique correspondant dans une zone de contact dans laquelle le diamètre dudit tronçon tronconique est égal au diamètre de l'autre tronçon tronconique dans la zone de contact entre ledit autre tronçon tronconique et l'autre tronçon incliné ;
• l'angle d'inclinaison des tronçons tronconiques par rapport à l'axe de rotation de l'axe comprenant lesdits tronçons tronconiques est sensiblement compris entre 0° et 20° ;
• l'angle d'inclinaison des tronçons inclinés par rapport à la direction transversale est sensiblement compris entre 25° et 40 ;
• chaque axe est monté mobile en rotation dans deux paliers, chaque palier recevant une extrémité longitudinale de l'axe de sorte que les grandes bases des tronçons tronconiques s'étendent chacune en regard d'un palier ;
• la forme des axes est des tronçons inclinés sont adaptés pour reprendre les efforts longitudinaux exercés entre la traverse et les axes en autorisant un déplacement selon la direction longitudinale de la traverse sur les axes compris entre 2 à 10mm ;
• la traverse de pendulation est mobile entre une position de repos, dans laquelle le centre des pistes de roulement repose sur les axes, et deux positions extrêmes inclinées, dans lesquelles une extrémité d'une piste de roulement repose sur un axe et l'autre extrémité de l'autre piste de roulement repose sur l'autre axe ;
• le dispositif de pendulation comprend des moyens d'actionnement du déplacement de la traverse sur les axes, lesdits moyens étant agencés pour déplacer la traverse en fonction des courbes empruntées par le véhicule ferroviaire lors de sa circulation ; et
• les moyens d'actionnement comprennent un vérin, dont le corps est destiné à être solidaire du bogie et dont la tige, mobile en translation par rapport au corps, est solidaire de la traverse, le déplacement de la tige par rapport au corps entraînant le déplacement de la traverse sur les axes.

L'invention concerne également un véhicule ferroviaire comprenant une caisse de véhicule et au moins un bogie, la caisse étant montée sur le bogie par l'intermédiaire d'un dispositif de pendulation tel que décrit ci-dessus, la traverse de pendulation du dispositif étant solidaire en mouvement de la caisse de véhicule ferroviaire et le palier du dispositif étant solidaire en mouvement du bogie.

Selon une autre caractéristique du véhicule ferroviaire, le bogie comprend au moins un élément de butée s'étendant en regard de la traverse de pendulation selon la direction longitudinale, ladite traverse venant en butée contre ledit élément en cas de force supérieure à un seuil prédéterminé appliquée selon la direction longitudinale sur la traverse ou le bogie.

D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

• la Fig. 1 est une représentation schématique d'un véhicule ferroviaire comprenant un dispositif de pendulation,
• la Fig. 2 est une représentation schématique d'un dispositif de pendulation selon l'invention, la traverse étant dans une position de repos,
• la Fig. 3 est une représentation schématique du dispositif de pendulation de la Fig. 2, la traverse étant dans une position extrême inclinée,
• la Fig. 4 est une représentation schématique en perspective d'un axe du dispositif de pendulation selon l'invention,
• la Fig. 5 est une représentation schématique en perspective d'une extrémité de la traverse de pendulation reposant sur l'axe de la Fig. 4,
• la Fig. 6 est une représentation schématique en coupe de l'axe de la Fig. 4 et de l'extrémité de la traverse de pendulation reposant sur ledit axe, la traverse étant centrée sur l'axe selon la direction longitudinale, et
• la Fig. 7 est une représentation schématique en coupe de l'axe de la Fig. 6, la traverse étant décalée sur l'axe selon la direction longitudinale.

Dans la description, on définit le terme « longitudinal » selon la direction de roulement du véhicule ferroviaire, c'est-à-dire selon la direction dans laquelle s'étendent les rails sur lesquels le véhicule ferroviaire circule. Le terme « transversal » est défini selon la direction horizontale perpendiculaire à la direction longitudinale, c'est-à-dire selon la direction d'espacement des rails sur lesquels le véhicule ferroviaire circule.

En référence à la Fig. 1, on décrit un véhicule ferroviaire 1 comprenant au moins une caisse 2 et un bogie 4 portant les roues du véhicule ferroviaire et sur lequel la caisse 2 est montée. Par véhicule ferroviaire, on entend aussi bien une voiture qu'un ensemble de voitures articulées entre elles. Chaque voiture comprend une caisse 2 définissant l'espace de réception des voyageurs montée sur au moins un bogie 4, généralement sur deux bogies 4. Le bogie 4 est classique et ne sera pas décrit en détail ici.

La caisse 2 est montée sur le bogie 4 par l'intermédiaire d'un dispositif de pendulation 6 permettant de faire basculer de façon contrôlée la caisse 2 par rapport au bogie 4 lorsque le véhicule ferroviaire emprunte un virage. Le dispositif de pendulation 6 comprend principalement une traverse de pendulation 8, au moins deux axes 10 sur lesquels repose la traverse 8 et des moyens d'actionnement 12 du déplacement de la traverse 8 sur les axes 10.

La traverse de pendulation 8 s'étend principalement selon la direction transversale T sous tout ou partie de la largeur de la caisse 2 et est solidaire en mouvement de celle-ci. Par solidaire en mouvement, on entend que la caisse 2 se déplace avec la traverse 8 selon le même mouvement. La traverse 8 est par exemple reliée à la caisse 2 par des éléments de suspension 14 agencés pour reprendre les efforts selon une direction Z sensiblement perpendiculaire au plan défini par la direction longitudinale L et la direction transversale T, c'est-à-dire selon la direction verticale lorsque la caisse 2 n'est pas basculée.

La surface inférieure 16 de la traverse 8, qui s'étend en regard du bogie 4, présente des extrémités transversales 18 inclinées vers la caisse 2, formant un angle α sensiblement compris entre 25° et 40° avec la direction transversale, comme représenté sur les Fig. 2 et 3. Chaque extrémité transversale 18 forme une piste de roulement, qui sera décrite ultérieurement, sur les axes 10. Par conséquent, la traverse 8 est disposée sur les axes 10 de sorte que les pistes de roulements reposent chacune sur un des axes 10.

Les axes 10, ou galets, s'étendent sensiblement longitudinalement respectivement au voisinage d'une des extrémités transversales du bogie 4, c'est-à-dire que les axes 10 sont espacés l'un de l'autre selon la direction transversale T. Chaque axe 10 est monté en rotation autour d'un axe longitudinal A dans deux paliers 20 solidaire en mouvement du bogie 4, comme représenté sur les Fig. 4 et 5. Chaque axe 10 s'étend dont longitudinalement entre deux paliers 20, qui reçoivent chacun une des extrémités longitudinales de l'axe 10. Chaque palier 20 renferme des roulements, permettant à l'extrémité de l'axe qu'il reçoit de tourner à l'intérieur du palier, et est adapté pour reprendre des efforts longitudinaux.

Chaque axe 10 comprend à chacune de ses parties extrêmes longitudinales, voisines des extrémités reçues dans les paliers 20, un tronçon de forme sensiblement tronconique, appelé tronçon tronconique 22 et représenté sur les Fig. 4 et 5. Chaque tronçon tronconique 22 s'étend entre une grande base 24, s'étendant vers l'extrémité longitudinale de l'axe et disposée contre le palier 20, et une petite base 26 s'étendant vers l'intérieur de l'axe 10. Ainsi les deux petites bases 26 des deux tronçons tronconiques 22 de chaque axe 10 s'étendent l'une en regard de l'autre et sont séparés l'une de l'autre par une partie centrale 28 ayant la forme d'un cylindre de révolution. Les tronçons tronconiques 22 s'étendent radialement autour de l'axe A de sorte que la paroi extérieure de chaque tronçon tronconique 22 forme une pente p selon la direction longitudinale allant de la grande base vers la petite base, c'est-à-dire une pente inclinée vers la partie centrale 28 de l'axe 10. La pente p est telle que chaque tronçon tronconique 22 forme un angle β sensiblement compris entre 0°et 20° avec l'axe A de l'axe 10, comme représenté sur la Fig. 6. Ainsi, chaque axe 10 présente schématiquement la forme d'un diabolo.

Chaque piste de roulement formée par une extrémité transversale 18 de la traverse 8 est formée de deux tronçons inclinés 30, reposant respectivement sur un des tronçons tronconiques de l'axe 10 sur lequel cette piste de roulement repose, comme représenté sur les Fig. 5 et 6. Chaque tronçon incliné 30 présente une forme curviligne p' selon la direction longitudinale tangente à la pente p du tronçon tronconique 22 sur lequel ce tronçon incliné 30 repose, comme représenté sur les Fig. 6 et 7. Par conséquent, la forme p' est telle qu'un des tronçons inclinés 30 repose sur une zone de contact 31 du tronçon tronconique 22 correspondant dans laquelle le diamètre du tronçon tronconique 22 est égal au diamètre de la zone de contact 31 de l'autre tronçon tronconique 22 sur laquelle repose l'autre tronçon incliné 30, comme représenté sur les Fig. 6 et 7.

Les deux pistes de roulement de la traverse 8 reposant sur les deux axes 10, la traverse de pendulation 8 est donc apte à se déplacer selon la direction transversale par rapport au bogie 4 en faisant « rouler » les axes 10 sur les pistes de roulement. Plus particulièrement, la traverse 8 est apte à basculer en rotation autour d'un axe longitudinal correspondant sensiblement à l'axe longitudinal du véhicule ferroviaire dans un plan défini par les directions transversale T et verticale Z. La traverse 8 est ainsi mobile entre une position de repos, représentée sur la Fig. 2, dans laquelle le centre des pistes de roulement repose sur les axes 10 et dans laquelle la caisse 2 s'étend sensiblement verticalement et parallèlement aux rails sur lesquels le véhicule ferroviaire circule, et deux positions extrêmes inclinées, dont une est représentée sur la Fig. 3 et dans lesquelles la caisse 2 est inclinée par rapport au bogie 4. Dans une des positions extrêmes inclinées, la partie extrême extérieure de l'une des pistes de roulement repose sur l'un des axes 10 pendant que la partie extrême intérieure de l'autre piste de roulement repose sur l'autre axe 10 et dans l'autre position extrême inclinée, la partie extrême intérieure de la piste de roulement repose sur l'axe 10 pendant que la partie extrême extérieure de l'autre piste de roulement repose sur l'autre axe 10. Ainsi, la traverse 8 et donc la caisse 2 sont aptes à basculer dans un sens ou dans un autre par rapport au bogie 4 en fonction de la direction du virage emprunté par le véhicule ferroviaire.

Les moyens d'actionnement 12 permettent de commander ce basculement de la traverse 8 en fonction de la circulation du véhicule ferroviaire. Le système de commande pilotant les moyens d'actionnement 12 ne sera pas décrit en détail ici, dans la mesure où ce système est connu et est classique pour les trains pendulaires. Les moyens d'actionnement 12 comprennent par exemple un vérin 32, dont le corps 34 est solidaire du bogie 4 et dont la tige 36 est solidaire de la traverse 8, la tige 36 étant mobile en translation dans le corps 34. On comprend donc qu'en commandant le déplacement de la tige 36 par rapport au corps 34, on entraîne le déplacement de la traverse 8 par rapport au bogie 4 en faisant rouler les axes 10 sur les pistes de roulement. Ainsi, en poussant la tige 36 hors du corps 34, la traverse 8 se déplace vers l'une de ses positions extrêmes inclinées, comme on le comprend en comparant la Fig. 2 et la Fig. 3, et en tirant la tige 36 dans le corps 34, la traverse 8 se déplace vers l'autre de ses positions extrêmes inclinées, en passant par la position de repos.

Le dispositif de pendulation décrit ci-dessus permet de façon classique de reprendre les efforts transversaux et en roulis entre la caisse 2 et le bogie 4 du fait de la possibilité pour la traverse 8 de se déplacer par rapport au bogie 4.

Le dispositif de pendulation permet en outre de reprendre les efforts longitudinaux du fait de la forme particulière des axes 10 et des pistes de roulement comprenant des tronçons inclinés 30. En effet, la forme en diabolo des axes 10 autorise un glissement des tronçons inclinés 30 sur les tronçons tronconiques 22 correspondant selon la direction longitudinale et donc un glissement de la traverse 8 sur les axes 10 selon la direction longitudinale L, permettant ainsi la reprise des efforts longitudinaux.

En outre, comme on peut le voir en comparant les Fig. 6 et 7, pour que le déplacement de la traverse 8 sur les axes 10 selon la direction transversale T reste identique et adapté quelle que soit la position de traverse 8 sur les axes 10 selon la direction longitudinale L, la forme incurvée des tronçons inclinés 30 est adaptée pour que la zone de contact 31 entre chaque tronçon incliné 30 et chaque tronçon tronconique 22 se fasse à un diamètre constant. Ainsi, même en cas de glissement longitudinal de la traverse 8 sur les axes 10 dû à la reprise des efforts longitudinaux, le basculement de la traverse 8 selon la direction transversale pour effectuer la pendulation de la caisse 2 conserve la cinématique souhaitée.

Sur la Fig. 6, la traverse 8 est centrée sur un axe 10. Dans les zones de contact 31 entre chaque tronçon incliné 30 et le tronçon tronconique 22 correspondant, le diamètre des tronçons tronconiques 22 est d₁, ce diamètre étant le même pour chaque tronçon tronconique 22. Sur la Fig. 7, la traverse 8 a été déplacée longitudinalement par rapport aux axes, par exemple suite à un effort de traction ou à un freinage. Dans les zones de contact 31 entre chaque tronçon incliné 30 et le tronçon tronconique 22 correspondant, le diamètre des tronçons tronconiques 22 est d₂, différent de d₁ mais ce diamètre étant le même pour chaque tronçon tronconique 22. Cette capacité de la traverse 8 à se déplacer selon la direction longitudinale, bien que ce déplacement ne soit pas souhaité mais inévitable en cas d'efforts longitudinaux, tout en reposant sur des zones des axes 10 dont le diamètre est identique permet d'absorber les efforts selon la direction longitudinale tout en conservant la stabilité de la traverse 8 sur les axes 10 et en autorisant ainsi un basculement stable de la traverse 8 sur les axes 10 selon la direction transversale T, c'est-à-dire que la traverse 8 conserve la cinématique de basculement souhaitée.

Cette reprise des efforts longitudinaux peut se faire dans les deux directions de circulation du véhicule ferroviaire puisque les tronçons inclinés 30 d'une piste de roulement sont symétriques l'un de l'autre par rapport à un plan défini par les directions transversale T et verticale Z passant entre les tronçons inclinés 30, de même que les tronçons tronconiques 22 d'un axe 10 sont symétriques l'un de l'autre par rapport à ce plan passant par le centre de l'axe 10.

Ainsi, le dispositif de pendulation est adapté pour reprendre les efforts longitudinaux dus à la traction du véhicule ferroviaire ou au freinage de celui-ci sans nécessiter d'ajouter un dispositif de reprise d'effort supplémentaire, tel que le système de bielles de l'art antérieur. On libère ainsi de l'espace dans le bogie 4, qui peut, de ce fait, être plus facilement motorisé. En outre, le montage du dispositif de pendulation est grandement facilité puisqu'il ne nécessite pas d'installer un dispositif de reprise supplémentaire.

En cas d'efforts longitudinaux dépassant un seuil prédéterminé, c'est-à-dire des efforts longitudinaux importants, par exemple en cas de tamponnement entre deux voitures du véhicule ferroviaire, un dispositif de butées est prévu entre la traverse 8 et le bogie 4, permettant de « shunter » la reprise des efforts longitudinaux par le dispositif de pendulation 1. Ainsi, Des éléments de butée (non représentés), solidaires du bogie 4, sont disposés de part et d'autre de la traverse 8 en regard de celle-ci selon la direction longitudinale de sorte que la traverse 8 vient en butée contre l'un de ces éléments en cas de choc violent selon la direction longitudinale. Ainsi, la forme des axes 10 et des tronçons inclinés 30 est adaptée pour autoriser pour un déplacement longitudinal de la traverse 8 sur les axes 10 compris entre 2 mm 10 mm. Au-delà de 10 mm, la traverse 8 entre en contact avec l'un des éléments de butée..

On obtient ainsi un véhicule ferroviaire pendulaire dont le confort et la sécurité sont améliorés en diminuant le nombre de composants nécessaires entre le bogie 4 et la caisse 2, ce qui facilite la motorisation des bogies 4 et améliore donc la traction du véhicule ferroviaire.

Le dispositif de pendulation 6 décrit ci-dessus peut être installé entre tous les bogies du véhicule ferroviaire et la ou les caisses correspondantes, que les bogies soient des bogies porteurs (non motorisés) ou moteurs (motorisés).