Installation ferroviaire
La présente invention concerne un train de roues à écartement variable pour véhicules roulant sur rails. On connaît de nombreuses formes d'exécution de tels essieux comprenant soit des roues fixes sur l'axe, soit des roues tournant librement par rapport à lui. La position axiale des roues est, dans chaque cas, déterminée sûrement par des éléments mécaniques, constituant un verrouillage axial.
Plus précisément, la présente invention concerne une installation ferroviaire comprenant, d'une part, du matériel roulant sur des roues déplaçables axialement par rapport à leur axe non tournant attaché au voisinage de ses extrémités à la caisse du véhicule ou à son châssis, respectivement au châssis d'un bogie, cet axe portant entre ses points d'attache au véhicule les roues tournant par l'intermédiaire de roulements à rouleaux cylindriques, la position axiale de chaque roue étant déterminée par celle d'une butée axiale portant une bague de positionnement axial déplaçable axialement, mais dont la position est normalement déterminée par un verrou de blocage, l'ensemble étant disposé de telle façon que l'écartement des roues est variable, permettant au véhicule de circuler sur des voies dont l'écartement est différent;
d'autre part, du matériel de voie permettant de réaliser le changement d'écartement des roues lors du passage sur lui de l'essieu, l'installation comprenant un dispositif mécanique de commande des mouvements d'engagement et de dégagement du verrou, au moins un élément de cet ensemble entrant en contact avec au moins un organe du matériel de voie, lors d'une opération de changement d'écartement, caractérisée en ce que le verrou de blocage est constitué par au moins une douille fixée à l'axe de l'essieu, la douille présentant à au moins l'une de ses extrémités un nombre suffisant de fraisures longitudinales lui conférant une possibilité d'expansion, respectivement de contraction diamétrale, le profil intérieur de la douille présentant une couronne de redans coopérant, lorsque l'essieu circule ailleurs que sur le matériel de voie réalisant le changement d'écaTtement des roues,
avec une rainure correspondante de la bague de positionnement axial, le mécanisme de commande du verrou comprenant au moins un anneau de serrage entourant la douille fraisée longitudinalement et agissant sur elle de manière à tendre à réduire son diamètre, donc à enfoncer la couronne de redans de ladite douille dans la rainure de la bague de positionnement déterminant ainsi sa position axiale, par conséquent celle de la roue correspondante.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention. A ces figures, les organes qui se correspondent d'une figure à l'autre portent les mêmes chiffres de référence. Chaque chiffre peut être affecté d'un indice a , respectivement b , suivant qu'il désigne un organe existant symétriquement à gauche, respectivement à droite de l'installation.
La fig. 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, le mécanisme de commande du verrou étant représenté en vue.
La fig. 2 est une vue partielle à plus grande échelle en coupe axiale.
La fig. 3 est une vue partielle en coupe, selon III-III de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue partielle en coupe à plus grande échelle, représentant un détail du mécanisme de verrouillage.
La fig. 5 représente schématiquement à plus grande échelle un détail du mécanisme de commande du changement d'écartement des roues.
La fig. 6 représente schématiquement un dispositif de contrôle à distance de la position occupée par le verrou.
La fig. 7 est une vue schématique représentant en coupe transversale le dispositif de commande monté sur la voie.
La fig. 8 est une vue schématique en plan du dispositif de commande monté sur la voie, représentant le tracé des divers rails supports, de guidage de l'essieu et de commande du mécanisme de verrouillage.
La forme d'exécution représentée au dessin comprend les pièces principales suivantes:
1 a b la roue
2 a b bande de roulement
3 a b jante
4 a b moyeu
5 axe de l'essieu
6 a b roulement extérieur
7 a b bague intérieure du roulement 6
8 a b couronne de rouleaux cylindriques du roule
ment 6
9 a b bague extérieure du roulement 6 10 a b roulement intérieur 11 a b bague intérieure du roulement 10 12 a b couronne de rouleaux cylindriques du roule
ment 10 13 a b bague extérieure du roulement 10 14 a b roulement à billes de butée axiale 15 a b bague intérieure du roulement 14 16 a b bague extérieure du roulement 14 17 a b manchon d'attache de l'axe à la caisse 18 a b écrou de serrage 19 a b manchon fileté de l'axe 20 a b bague de positionnement axial 21 a b rainure de blocage du grand écartement 22 a b rainure de blocage du petit écartement 23 24 a b verrou de blocage 25 a b pièce de
fixation du verrou 26 a b couronne de redans du verrou 27 a b fraisures axiales du verrou 28 a b levier de commande 29 a b axe d'oscillation du levier 28 30 support de l'axe 29 31 a b bossage soudé sur le levier 28 32 a b ressort 33 a b douille de commande du verrou 34 a b douille fixe de guidage 35 a b roulette de commande du verrou 36 a b axe de la roulette 35 37 a b protections fixes diverses 38 a b surface conique du verrou 39 a b surface conique de la douille de commande 33 40 41 a b bossage sur la douille 33 42 a b axe de commande 43 anneau de fixation 44 plaque de fixation 45 46 a b rail porteur 47 a b rail de guidage continu 48 a b élément de guidage discontinu 49 a b lames verticales élastiques du rail de guidage
discontinu 50 a b ressort des lames élastiques de guidage 51 a b pièce métallique de référence du détecteur 52 a b pièce métallique solidaire du verrou 53 a b
premier détecteur de proximité 54 a b 2e détecteur de proximité 55 a b premier convertisseur 56 a b 2e convertisseur 57 a b élément d'adaptation 58 a b unité logique du type et 59 a b dispositif d'information, signalisation 60 a b rail de guidage de la caisse 61 a b rail de commande de la manceuvre du verrou 62 voie à petit écartement 63 voie à grand écartement 64 traverses support 65 support des rails de commande du verrou 66 a b console support du rail de guidage de la caisse 67 verrou secondaire 68 axe de pivotement du verrou secondaire 69 ressort de rappel du verrou secondaire 70 crochet de commande du verrou secondaire 71 rail de commande du verrou secondaire 72 appui du verrou secondaire.
L'essieu selon la fig. 1 est constitué par un axe 5 se terminant aux deux extrémités par un manchon fileté 19. Cet axe porte, centrées sur lui et mises bout à bout, diverses douilles intermédiaires, et les diverses bagues intérieures des roulements à rouleaux 6a et 6b, 10a et 10b. Disposées symétriquement par rapport à l'axe médian, deux bagues de positionnement axial 20 glissent sur l'axe 5 lors d'une manceuvre de changement d'écartement. Chaque bague 20 porte un roulement à billes 14 constituant une butée axiale et comprenant une bague intérieure 15 qui est fixée sur ladite bague 20, et une bague extérieure 16 fixée au moyeu 4 de la roue 1. En outre, ce moyeu 4 porte les deux roulements à rouleaux cylindriques 6 et 10 susmentionnés aussi écartés l'un de l'autre que possible.
Aux deux extrémités de l'axe 5, un manchon 17 est monté sur lui et bloqué par l'intermédiaire d'un écrou 18 vissé sur le filetage 19. Cet écrou permet d'effectuer un serrage et de provoquer une compression des diverses douilles et manchons empilés bout à bout sur l'axe, ce qui augmente la résistance à la flexion de l'ensemble constitué par l'axe et les douilles. Ce manchon 17 comprend les éléments permettant de le fixer, par l'intermédiaire d'une suspension élastique, à la caisse du véhicule, respectivement au cadre du bogie.
La position de la roue est déterminée radialement par les deux roulements à rouleaux 6 et 10, et axialement par la butée axiale 14. La roue comprend en outre un voile se terminant par une jante 3 sur laquelle est fixé le bandage de roulement 2 proprement dit qui est en contact avec le rail 46.
L'installation comprend un verrou de blocage 24 dont la forme générale correspond à une douille portant à une extrémité une pièce de fixation 25 et à l'autre extrémité une couronne de redans 26a et 26b qui pénètrent dans une rainure 21a, 21b ou 22a, 22b suivant l'écartement des roues, ménagée dans la bague 20 pour en déterminer la position axiale.
Le verrouillage, respectivement Ie déverrouillage, des roues 1 est obtenu par un déplacement du verrou 24 engageant dans, respectivement dégageant ses redans 26a et 26b des rainures correspondantes. Plus précisément, le verrou est constitué par une douille présentant des fraisures longitudinales dont la longueur et le nombre sont suffisants pour que sa partie extrême correspondant à la couronne de redans puisse subir une expansion, respectivement une contraction diamétrale. Elle se termine par une bride 25 permettant de la fixer rigi dement à une plaque 44 solidaire de l'axe de l'essieu 5 par l'intermédiaire de l'anneau de liaison 43. Cette douille comprend un renflement de surface conique 38 dont l'angle au sommet est aigu et situé au droit de la couronne de redans 26.
L'installation comprend en outre une douille 33, concentrique au verrou, présentant une surface intérieure conique 39 correspondant au cône 38. Un ressort 32 agit sur cette douille et lui donne une tendance à se déplacer axialement de façon à provoquer, par l'effet des cônes 38 et 39, la contraction de la douille fraisée du verrou enfonçant et pressant la couronne de redans 26 au fond d'une rainure 21 ou 22. Une douille de guidage 34 assure le positionnement de la douille mobile 33 dont les mouvements sont commandés par un mécanisme comprenant un levier 28 oscillant autour d'un point fixe 29 porté par l'intermédiaire d'une plaque 30 par la plaque de fixation 44, donc portée par l'axe de l'essieu. Ce levier 28 en forme de fer à cheval comprend deux bras verticaux reliés à leur base.
Les bras verticaux disposés l'un devant et l'autre derrière l'essieu comprennent, dans leurs parties supérieures, deux articulations 29 coaxiales. La liaison de base porte en sa partie inférieure un axe 36 autour duquel tourne une roulette 35 contre laquelle agit le rail de commande 61 de la manoeuvre du verrou. Deux bossages diamétralement opposés 31 fixés sur ce levier comprennent deux tourillons 42 qui pénètrent dans les deux bossages correspondants 41 portés par la douille 33 de commande du verrou.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant:
Dans la position représentée au dessin, le verrou est engagé dans l'une des rainures 21 ou 22 de la bague de positionnement axial 20 dont il détermine la position, par conséquent l'écartement des roues. Pour provoquer le changement d'écartement, le rail 61 agit sur la roulette 35 et exerce une pression tendant à la rapprocher de l'axe du véhicule, donc à rapprocher l'une de l'autre les deux roues 35a et 35b. Ce déplacement a pour effet de provoquer, par l'intermédiaire du levier 28, un déplacement correspondant du tourillon 42, par conséquent du bossage 41, donc de la douille 33. Celle-ci se rapproche de l'axe du véhicule, ce qui dégage sa surface conique 39 de la surface conique 38 de la douille du verrou. Ce dégagement effectué, on peut procéder à la modification de la valeur de l'écartement des roues.
En effet, la forme des rainures 21 et 22 est telle qu'un effort axial transmis par la bague 20 a tendance à provoquer l'expansion du verrou pour autant que cette expansion soit possible, ce qui est le cas lorsque la douille 33 est retirée. La nouvelle valeur d'écartement obtenue, automatiquement, par l'effet de l'élasticité des diverses lames de la douille 24, la couronne de redans 26 pénètre dans la nouvelle rainure.
La libération de l'action sur la roulette 35 provoque par le jeu des ressorts 32a et 32b un mouvement d'écartement l'une de l'autre des douilles 33a et 33b, mouvement qui, par l'effet des cônes 38a et 39a, 38b et 39b, enfonce les redans dans la rainure et les assure dans cette position. I1 est à remarquer que l'angle au sommet des cônes 38 et 39 est aigu, I'ensemble devenant irréversible, un effort axial sur la bague de positionnement 20 ne pouvant provoquer de déplacement de la douille 33. Le ressort 32 de ce fait n'est pas nécessaire au maintien du verrou engagé, il facilite les manoeuvres et assure le verrouillage.
Une fois la manoeuvre de dégagement du verrou exécutée, le changement d'écartement des roues se fait automatiquement. En effet, comme chaque roulement à rouleaux cylindriques permet un déplacement axial d'une de ses bagues par rapport à l'autre, même sous charge, la roue se déplace automatiquement axialement en roulant sur le dispositif de changement de voie. Une fois le nouvel écartement obtenu, il suffit d'arrêter le déplacement et de provoquer le réengagement du verrou pour fixer la position des roues, selon le nouvel écartement.
La fig. 4 représente schématiquement un dispositif mécanique supplémentaire qui, disposé entre les leviers 28a et 28b, empêche tout mouvement de rapprochement lorsque l'essieu circule normalement, c'est-à-dire ailleurs que sur l'installation où se fait le changement d'écartement. Le levier 28b comprend une articulation 68 autour de laquelle pivote un verrou secondaire 67. Un ressort 69 agit sur le verrou secondaire et a tendance à le faire tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, ce qui l'amène contre une butée 72 solidaire du levier 28a.
L'installation comprend en outre un crochet 70 porté par le verrou et un rail de commande 71 auxiliaire agissant sur ledit crochet. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant:
En régime normal, le verrou 67 occupe la position représentée au dessin, il empêche les deux leviers 28a et 28b de se rapprocher l'un de l'autre, par conséquent il empêche tout déverrouillage du verrou. Pour effectuer cette manoeuvre, il faut d'abord libérer le verrou secondaire, à cet effet, un rail 71, dont la forme a été judicieusement choisie, exerce une traction verticale descendante sur le crochet 70, traction qui a pour effet de faire pivoter le verrou secondaire autour de l'axe 68 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, par conséquent de dégager les deux leviers 28a et 28b.
Lorsqu'une certaine course angulaire est faite, ces deux leviers sont libres et la manoeuvre de déverrouillage peut commencer. Il suffit d'assurer la position abaissée du verrou secondaire pour permettre l'opération de déverrouillage. La fermeture du verrou secondaire est automatique, il suffit, après avoir terminé les opérations de changement d'écartement et de verrouillage du verrou principal, de libérer le crochet 70, le ressort 69 agit sur le verrou secondaire pour le mettre en position active.
La fig. 5 présente en détail le rail support et de guidage axial de la roue lorsque l'essieu passe sur le matériel de changement d'écartement. En effet, comme le verrou positionnant axialement les roues est alors retiré, il convient de fixer avec précision et sécurité la position axiale des roues. A cet effet, l'écartement des rails supports 46 est légèrement augmenté par rapport à la valeur normale. Un rail supplémentaire 47 continu est disposé judicieusement entre les deux roues. Un dispositif élastique applique d'une façon continue la roue contre le rail de guidage 47. Ce dispositif est constitué par un jeu d'éléments de guidage 48 portés par des lames élastiques 49. Un ressort 50 exerce une pression contre chacune des lames 49 et tend à la rapprocher du rail de guidage continu 47.
Lorsque la roue passe sur elles, celles-ci exercent une poussée sur la roue l'appliquant contre le rail de guidage. En variante, on peut placer le rail de guidage continu à l'extérieur des deux roues, le dispositif élastique 48, 49 et 50 étant à l'intérieur. L'installation comprend un nombre suffisant de lames 49, de manière qu'au moins l'une d'entre elles soit toujours en action, quelle que soit la position occupée par la roue.
La fig. 6 représente schématiquement un dispositif permettant le contrôle à distance soit au sol ou sur le véhicule de la position occupée par un verrou. L'installation peut comprendre une pièce métallique 51 solidaire de l'essieu, une autre pièce 52 étant fixée à proximité, mais sur le verrou. La disposition de ces deux pièces doit être choisie de telle façon que celles-ci s 'écartent l'une de l'autre lors du mouvement d'engagement du verrou ou inversement. La flèche représente le sens d'avancement du véhicule qui, dans ce cas, correspond à la manoeuvre du verrou suggéré par le rectangle dessiné en traits mixtes.
Le dispositif est constitué par deux détecteurs de proximité 53 et 54 placés, par exempie, sur une station fixe au sol, dans une position telle que les lames 51 et 52 passent à proximité d'eux, lorsque l'essieu passe sur le dispositif de changement de voie. I1 existe des détecteurs magnétiques alimentés par un circuit à haute fréquence dont l'impédance change lorsque l'on place une pièce ferritique devant eux. Cette modification d'impédance se répercute dans les convertisseurs 55 et 56 et dans les unités d'adaptation 57.
L'installation comprend enfin une unité logique du type et qui commande l'organe de signalisation émettant un signal chaque fois qu'une paire de lames 51 et 52 passe devant le détecteur, ces lames étant distantes l'une de l'autre d'une grandeur déterminée correspondant à la distance séparant les détecteurs 53 et 54. En d'autres termes, le signal indique suivant le cas que le verrou est engagé, respectivement dégagé. Cette installation est susceptible de fonctionner aussi bien sur le sol que sur le véhicule.
Les fig. 7 et 8 sont deux vues schématiques de l'installation de changement de voie. Elles comprennent les rails supports de véhicule 46 et les dispositifs complémentaires 47 et 48 assurant le guidage précis des roues lorsque le verrou est retiré. Des rails 60 horizontaux sont placés à une hauteur correspondant à l'extrémité de l'essieu. Ils sont disposés très près d'eux cependant sans les toucher. Leur rôle est d'éviter que l'essieu complet et la caisse ne se déplacent par rapport aux roues lorsque le verrou est retiré. Les rails 61 exécutent la manoeuvre de dégagement, puis d'engagement du verrou. A l'entrée et à la sortie du dispositif, ils sont éloignés l'un de l'autre puis se rapprochent et restent dans cette position pour s'éloigner l'un de l'autre à la sortie.
Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant:
Lorsque l'essieu dont on veut changer d'écartement arrive sur ce dispositif, par exemple en 62, sur le réseau à voie étroite, on assure tout d'abord le guidage d'extrémité de l'essieu par les rails 60. Les rails 61 de commande de la manoeuvre du verrou entrent en contact avec les patins correspondants pour provoquer leur rapprochement, par conséquent le déverrouillage. Une fois cette opération faite, l'écartement des rails 46 change pour atteindre la nouvelle valeur désirée. Cette nouvelle valeur obtenue, les rails 46 sont à nouveau parallèles.
Les rails de commande du verrou s'écartent l'un de l'autre et provoquent la manoeuvre d'engagement du verrou. Celle-ci terminée, on supprime le guidage axial 60 de l'essieu et par conséquent de la caisse.
Les diverses formes d'exécution possibles du mécanisme de la manoeuvre d'engagement et de dégagement du verrou se distinguent par le fait que l'action exercée par le rail sur la douille 33 de commande du verrou est directe. Le déplacement de cette douille confère au verrou de blocage 24 la possibilité de s'ouvrir. L'ouverture est directe, car la forme des rainures 21, 22, comme des redans 26 correspondants, est telle qu'il suffit de déplacer la roue axialement pour ouvrir le verou pour autant que la douille 33 ait été retirée. De même, l'action du rail de commande sur le mécanisme provoque le verrouillage de l'écartement des roues, le ressort 32 n'agissant que comme organe de maintien. L'angle des cônes 38 et 39 est tel que le mouvement est irréversible. La douille 33 ne pourrait pas être retirée par le seul effet d'une poussée axiale sur la roue, même si le ressort 32 était enlevé.
La fig. 1 représente les bagues intérieures 7 et 11 des roulements à rouleaux 6 et 10 comme si elles étaient constituées par une seule pièce. I1 est évident que ces bagues peuvent être, suivant le cas, exécutées en une seule ou en plusieurs pièces, séparées ou non par des douilles intermédiaires.
L'installation comprend en outre les dispositifs usuels nécessaires à la bonne conservation des pièces, soit par exemple des divers joints permettant d'isoler l'intérieur de la roue de l'air ambiant pouvant provoquer l'oxydation de certaines pièces. D'autre part, il est nécessaire de prévoir des graisseurs permettant d'assurer un bon graissage des pièces et d'autres éléments pour l'évacuation d'un éventuel excès de graisse.
Les diverses figures ne mentionnent pas la possibilité d'ajouter des charbons portés par des éléments fixes et frottant contre le moyeu de chaque roue. Des charbons peuvent être prévus aux roues gauche et droite d'un essieu et reliés électriquement les uns aux autres afin d'assurer le court-circuitage électrique des deux roues et de l'essieu lui-même par une liaison adéquate. Cette précaution est nécessaire notamment pour permettre le fonctionnement normal des dispositifs de signalisation automatique utilisés dans les gares modernes.
Comme représenté à la fig. 2, on peut prévoir deux verrous 24a et 24b disposés symétriquement pour les roues gauche et droite. I1 est évident qu'il est aussi possible d'exécuter ces deux verrous en une seule pièce fixée au centre à l'essieu et portant à chaque extrémité une couronne de redans et le cône de commande.
La fig. 1 fait état de roulements à rouleaux dont les couronnes de rouleaux 8 et 12 sont fixées axialement sur la roue par l'intermédiaire des bagues extérieures 9 et 13, les bagues intérieures 7 et 11 étant longues. I1 est possible d'avoir recours à une autre disposition de ces roulements, selon laquelle la bague longue est la bague extérieure, les couronnes de rouleaux étant fixées axialement sur l'axe. De même, au lieu d'utiliser deux roulements 10 et 14, dont l'un porte les charges radiales et l'autre les charges axiales, il est possible de combiner les effets et de supprimer le roulement 10 en remplaçant le roulement 14 par un élément susceptible de remplir simultanément les deux fonctions.