EP2524851B1

EP2524851B1 - Installation pour modifier l'écartement des roues d'un véhicule ferroviaire en mouvement

Info

Publication number: EP2524851B1
Application number: EP11177143.2A
Authority: EP
Inventors: Henri Guillemaut
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-08-10
Also published as: PL2524851T3; FR2964076B1; EP2524851A1; FR2964076A1

Description

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.
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.

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.
Cela prend du temps et n'est pas favorable à la réduction des temps de déplacements entre pays frontaliers.
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
Ce mode de déplacement des roues sur leur essieu génère des frottements importants qui sont des sources d'usure et de coincement.
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.
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.
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.
Elle concerne plus particulièrement une installation comprenant des moyens F installés à poste fixe et des moyens M portés par chaque véhicule ferroviaire, et dans laquelle chacune des chaque roue de ces véhicules ferroviaires est solidaire de deux bouts d'arbre opposés pouvant coulisser transversalement dans leurs paliers, chaque bout d'arbre 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 apte à être porté par le véhicule V.
A cet effet, dans l'installation selon l'invention les moyens F installés à un poste fixe de modification de l'écartement des roues comprennent :

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;

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.
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.
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.
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.
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 ».
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.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 .
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.

L'installation selon l'invention comprend des moyens F installés à poste fixe et des moyens M portés par chacun des véhicules ferroviaires.
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.

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Installation pour modifier l'écartement des roues d'un bogie de véhicule ferroviaire en mouvement, la dite installation comprenant des moyens F installés à poste fixe et des moyens M portés par chacun des véhicules ferroviaires, alors que chaque véhicule est muni de roues (9) à écartement réglable entre au moins deux positions, chacune des roues (9) étant 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 boîtier de commande apte à être porté par le véhicule V, caractérisé en ce que que :
- A) les moyens F installés à un poste fixe F de modification de l'écartement des roues (9), comprennent
• 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);

- B) tandis que les moyens mobiles M portés par les véhicules comprennent le boîtier de commande, et 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 boîtier de commande et étant aptes à être portés par le véhicule.
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.
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).
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.
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).
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.
Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend des vehicules ferroviaires avec des bogies et en ce que chaque véhicle comporte dans chacun de ses bogies B1 ou B2 des contacts électriques qui, détectant la position transversale de chacune des roues (9) de ses trains de roues et la position de ses moyens de verrouillage (65-68), sont reliés électriquement au boîtier de commande électropneumatique dont l'alimentation est assurée par les patins (90).