WAGON POLY-ARTICULE

L'invention concerne un wagon poly-articulé destiné au transport de fret. La présente invention se situe donc dans le domaine du ferroviaire et plus particulièrement, dans la construction de wagons poly-articulés pour le transport de minerais.

Toutefois, bien que particulièrement prévu pour une telle application, le wagon poly-articulé, objet de la présente invention, pourra être utilisé pour le transport d'autres types de marchandises et notamment des agrégats urbains, des produits agricoles, des produits sidérurgiques et encore tout type de frets transportés habituellement par le transport ferroviaire, notamment en vrac, en palette ou en container.

On sait que le transport ferroviaire est soumis à de nombreuses réglementations et normes.

Un des éléments les plus contraignants est notamment le passage au gabarit qui génère de fortes contraintes dimensionneiles autant dans les parties basses que les parties hautes des wagons compliquant considérablement la conception de nouvelles structures. D'un autre côté, pour limiter les coûts de transport, les constructeurs cherchent à augmenter, pour chaque wagon, le volume utile de fret à transporter ou encore la charge par essieux. Ces coûts de transports sont d'autant plus accentués que le coût de l'acier lui-même, utilisé pour la fabrication des wagons, a fortement augmenté. En effet, les coûts de la matière première qui représentaient auparavant environ 30% du coût de fabrication du wagon, représentent à l'heure actuelle environ 70 %.

La conception d'un wagon poly-articulé doit donc tenir compte de ces deux contraintes opposées que sont le respect des normes et réglementations et d'autre part la nécessité d'augmenter la masse utile ou le volume à transporter pour une longueur donnée de train ou de wagons.

Classiquement, les wagons de fret comportent un certain nombre de châssis/caisse disposés sur des bogies et essieux, la charge étant répartie sur

l'ensemble des bogies et essieux de manière homogène, c'est-à-dire que chaque essieu et chaque bogie ont une fonction de portage et de freinage sensiblement identique.

On retrouve au niveau des essieux d'extrémité un système de timonerie qui occupe un volume important en partie moyenne et en partie haute du châssis/caisse occupant un espace qui ne peut être occupé par la masse payante.

Cet espace longitudinal occupé par la timonerie a pour conséquence que les wagons ont une forme considérablement limitée en longueur réduisant d'autant le volume de chargement de chaque wagon, ce qui est particulièrement préjudiciable puisque compte tenu des contraintes de gabarits, le concepteur ne peut récupérer le volume perdu en élargissant le châssis/caisse ou en augmentant sa hauteur.

Par ailleurs, l'ensemble des châssis/caisse d'un même wagon étant généralement identique, la perte sur les châssis/caisse d'extrémité est multipliée par le nombre de châssis/caisse intérieurs et par conséquent, la perte sur un wagon de volume ou de capacité de transport en poids est très importante.

Parmi l'état de la technique, le document US-5.259.322 divulgue un wagon poly-articulé comportant cinq châssis/caisses disposés à cheval sur des bogies et dont les châssis/caisses d'extrémité reposent également sur des bogies. La liaison inter-caisse entre les châssis/caisses est réalisée par une paire de lisoirs et par une liaison pivot centrale d'axe vertical, les lisoirs assurant un débattement avant arrière, c'est-à-dire un jeu longitudinal entre les deux châssis/caisses, nécessaire afin de permettre le pivotement entre les deux châssis/caisses lors du franchissement de courbe à plat sur la voie, tandis que ces lisoirs assurent un appui constant entre les deux châssis/caisses, c'est-à-dire aucun jeu vertical. Une telle liaison inter-caisse présente des inconvénients lors de franchissement de gauches de voies, la liaison pivot ainsi que le contact constant sur les lisoirs limitant la capacité de prise de roulis entre les deux châssis/ caisses car dans ce cas, pour éviter l'hyper statisme d'une liaison plan sur trois surfaces co-planaires, soit le pivot central ne peut être qu'un pivot glissant verticalement assurant une stabilité potentielle médiocre au wagon articulé et ne garantissant plus l'alignement d'altitude des liaisons inter-caisses avec les éléments extrêmes de choc et traction, soit le châssis caisse doit disposer de degré de liberté en torsion

vis-à-vis de la liaison inter-caisse, de manière à accepter une torsion dans les gauches de voie (comme décrit dans le brevet US-5.259.322), mais cette capacité torsionnelle intrinsèque de la caisse est limitative au champ d'application du wagon : en pratique, ainsi, on se limite aux caisses à section transversale ouverte. De plus, une telle conception de wagon est adaptée aux normalisations américaines et pour de vitesse de l'ordre de 50 km/h, mais ne peut être utilisés sur des voies selon UIC700, répondant aux gabarits selon UIC505-1 et UIC506 et avec des vitesses de déplacement classiques du fret ferroviaire européen de l'ordre de 100 km/h avec un potentiel en fret intermodal au delà de 160km/h. La présente invention a pour but de pallier aux inconvénients des wagons de fret utilisés classiquement en proposant un wagon poly-articulé permettant pour une longueur donnée de wagon une augmentation importante du volume utile ou du poids utile par essieu.

La présente invention a également pour objet de proposer un wagon poly- articulé destiné au transfert de fret, lequel présente une tare faible par rapport à la capacité totale de chargement.

La présente invention a également pour objet de proposer un wagon poly- articulé destiné au transfert de fret permettant le déplacement du wagon sur des voies selon UIC700 et répondant aux gabarits selon UIC505-1 et UIC506 et démontrant une bien meilleure stabilité qu'avec les liaisons centrales à pivot glissant.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un wagon poly- articulé dans lequel les composants utilisés permettent un gain important en matière et en composants par rapport aux wagons classiquement utilisés. A ce titre, la présente invention porte sur un wagon poly-articulé comportant au moins quatre châssis/caisses disposés à cheval sur des bogies dits intérieurs.

Selon l'invention, la liaison inter-caisse entre chaque châssis/caisse d'extrémité et le châssis/caisse intermédiaire immédiatement connexe est réalisée par au moins une paire de lisoirs sans jeu longitudinal, ces lisoirs étant préchargés en sorte d'exercer deux efforts antagonistes, et par une liaison non glissante sphérique centrale. Ces efforts antagonistes, gauche et droit, sont

permanents, la somme des composantes verticales étant sensiblement égale à la masse à vide en appui du châssis/caisse d'extrémité et du châssis/caisse intermédiaire immédiatement connexe, et indépendants de l'état de charge du wagon et de l'état du roulis inter-caisse, pour la négociation des gauches de voies en entrée et en sortie de courbe.

On entend par lisoir sans jeu longitudinal, le fait que celui-ci procure immédiatement à l'entrée et à la sortie de courbe un couple anti-lacet entre le châssis/caisse d'extrémité et le châssis/caisse intermédiaire immédiatement connexe. Cela permet d'éviter tout risque de louvoiement dans la liaison inter- caisse en alignement, en entrée et sortie de courbes de voies. En outre le somme des pré-charges égale à la masse à vide en appui du châssis/caisse d'extrémité sur le châssis/caisse intermédiaire immédiatement connexe, ou inversement, supprime les incertitudes sur la valeur du transfert d'effort en roulis entre les châssis/caisses lors du passage de gauches de voies, tout en évitant les risques de déraillement dans les courbes à plat sur les voies. Tandis que l'absence de cette pré-charge ou, au contraire, une pré-charge trop importante aurait également pour conséquence respectivement une instabilité par excès de mobilité en lacet, entre les châssis/caisses, notamment en alignement, ou un risque de déraillement du wagon par insuffisance de mobilité en lacet, notamment en sortie de courbe d'autant que le risque d'instabilité entretenu est très grand à la vitesse classique de fret ferroviaire européen de l'ordre de 100 km/h avec un wagon poly-articulé à faible empattement.

En outre, les châssis/caisses d'extrémités reposent à leurs extrémités sur des essieux libres et ne disposent d'aucune timonerie de freinage. La suppression sur les châssis/caisses d'extrémités de tout dispositif de freinage de l'essieu libre présente pour intérêt de supprimer l'encombrement de l'environnement direct de cet essieu et ainsi d'augmenter le volume des châssis/caisses d'extrémités dans cet environnement.

Par ailleurs, la suppression du freinage sur les essieux libres des châssis/caisses d'extrémités a pour fonction d'équilibrer les usures des roues des essieux du wagon. En effet, les essieux sur les châssis/caisses d'extrémités guident le wagon poly-articulé et, pour, cela, s'usent plus rapidement que les

roues des essieux sur les châssis/caisses intermédiaires. La suppression du freinage sur les essieux libres d'extrémités évite donc de rajouter une usure supplémentaire et homogénéise l'usure générale sur chaque essieu.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après d'un exemple préféré de réalisation dans lequel la description n'est donnée qu'à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés parmi lesquels :

- la figure 1 représente de manière schématique un premier exemple de wagon réalisé conformément à l'invention, - la figure 2 représente également de manière schématique un second exemple de réalisation d'un wagon conforme à l'invention,

- les figures 3a et 3b représentent deux modes de réalisation des liaisons inter-caisse du wagon conforme à l'invention.

En se reportant principalement aux figures 1 et 2, on voit représenté un wagon poly-articulé 1 comportant plusieurs châssis/caisse 2 disposés à cheval sur des bogies 3 dits intérieurs.

Les châssis/caisses d'extrémités 4 reposent à leurs extrémités sur des essieux libres 5 non freinés, ces châssis/caisses d'extrémités 4 n'étant pas équipés de timonerie, ce qui limite l'encombrement sur les châssis/caisses d'extrémités 4. Par ailleurs, en se reportant cette fois aux figures 1 et 2 et également aux figures 3a, 3b, on voit que la liaison inter-caisse entre chaque châssis/caisse 2 d'extrémité et le châssis/caisse intermédiaire est réalisée par une paire de lisoirs 6 sans jeu longitudinal, ces lisoirs 6 étant disposés de chaque côté latéral de la liaison inter-caisse 6, c'est-à-dire les côtés latéraux du wagon. Sur ces figures 3a et 3b, un seul lisoir est représenté ; bien entendu, un tel lisoir est disposé de chaque côté latéral de la liaison.

En outre, cette liaison inter-caisse comprend également une liaison non glissante sphérique disposée au centre, à égale distance de chaque lisoir. Cette liaison constitue châssis/caisse intermédiaire immédiatement connexe. Dans l'exemple des figures 1 et 2, l'ensemble des wagons a une liaison inter-caisse réalisée par une paire de lisoirs 6 sans jeu longitudinal. De tels lisoirs sans jeu longitudinal procurent immédiatement un couple anti-lacet entre le

châssis/caisse d'extrémité et le châssis/caisse intermédiaire entre lesquels ils sont mis en œuvre, et n'autorisent qu'un déplacement vertical entre le châssis/caisse d'extrémité et le châssis/caisse intermédiaire. Toutefois, ces lisoirs subissent une pré-charge égale à la masse à vide en appui entre le châssis/caisse d'extrémité 4 et le châssis/caisse intermédiaire 2 avec lequel il est connecté. Cette pré-charge de la paire de lisoirs permet d'exercer deux efforts antagonistes en permanence de chaque côté, gauche et droit, de la liaison inter-caisse, notamment dans les gauches de voies, ce qui évite tout risque de lacet entretenu entre les châssis/caisse du wagon ; le couple anti-lacet étant indépendant de l'état de roulis entre les châssis/caisse du wagon.

Toutefois, dans d'autres modes de réalisation et en fonction de la destination du wagon 1, on pourra également prévoir que seule la liaison intercaisse entre les châssis/caisse d'extrémité 4 et le châssis/caisse 2 intermédiaire sera réalisée par un lisoir sans jeu longitudinal, les autres châssis/caisse pouvant s'appuyer sur d'autres types de lisoir et éventuellement des lisoirs secs, des lisoirs élastiques UIC à console émergée ou noyée dans le châssis.

En ce qui concerne le lisoir 6 sans jeu longitudinal, on pourra utiliser de préférence un lisoir à lame tel que représenté à la figure 3a ou un lisoir à bras de rappel tel que représenté à la figure 3b. De tels lisoirs sont en particulier connus pour la mise en œuvre des liaisons d'appui en roulis entre le bogie et la caisse, à la différence qu'ils ne représentent, du fait de la liaison sphérique incomplète entre bogie et caisse, au mieux, que de l'ordre de 50% de la masse à vide en appui faute de quoi au delà de ce ratio, le pivot central du bogie ne serait plus suffisamment guidé, ce qui l'empêcherait de transmettre correctement les efforts longitudinaux de freinage par exemple. On entend par liaison sphérique incomplète une liaison qui ne s'exerce que sur un secteur partiel de la sphère ; pour un bogie, classiquement, un angle solide de l'ordre de 30 degrés.

Afin de permettre de libérer l'espace au dessus des extrémités du wagon, à savoir au niveau des emplacements habituels des timoneries, on prévoit de reporter la charge de freinage habituellement reprise par les essieux libres 5 par les bogies intérieurs 3. Par conséquent, les essieux libres 5 n'assurent qu'une fonction de portage de la charge.

L'utilisation d'une liaison inter-caisse avec un lisoir sans jeu longitudinal est particulièrement importante puisqu'elle permet de lutter contre le lacet intercaisse, d'autant que l'empattement du wagon est court et notamment dans l'exemple de la réalisation de la figure 1 avec cinq châssis, on prévoit un wagon avec un empattement de l'ordre de cinq fois 5500 mm.

La liaison inter-caisse avec une paire de lisoirs 6 sans un jeu longitudinal et pré-chargés de la manière définie ci-dessus, et avec une liaison non glissante sphérique en partie centrale, sert donc à assurer la stabilité du wagon et notamment la stabilité de circulation lorsque le wagon 1 est à vide ou encore la stabilité du wagon 1 en mode de freinage lorsque le wagon 1 est chargé.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention et également pour augmenter la stabilité de l'ensemble, on prévoit un alignement au sens de la hauteur au rail du plan méridien horizontal des organes de choc et de traction des châssis/caisse d'extrémité, avec le plan horizontal passant par le centre des pivots sphériques d'interconnexion , c'est-à-dire la liaison non glissante sphérique, entre châssis.

Les bogies 3 seront également avantageusement montés sur l'articulation au droit de pivot de bogies 3 avec un pivot sphérique.

Dans l'exemple de la figure 1, le wagon 1 comporte cinq châssis/caisse reposant sur quatre bogies 3 et deux essieux libres 5.

Ce wagon 1 a, de préférence, une longueur comprise entre 29 m en optimisation pour lignes UIC700D4 et 80 m en optimisation pour lignes UIC700D2, avec une capacité de transport de vrac, pour un wagon poly-articulé à cinq châssis, évolutive en fonction de la densité apparente du produit et comprise entre 120 m ³ en optimisation pour agrégats lourds et 600 m ³ en optimisation pour céréales légères.

Bien entendu, d'autres modes de réalisation avec un nombre différent de châssis/caisse 2 pourraient être envisagés et notamment, tel que représenté à la figure 2, avec un wagon 1 comportant quatre châssis/caisse 2 reposant sur trois bogies 3 et deux essieux libres 5. Dans ce cas, le wagon a de préférence une longueur comprise entre 23 m et 65 m, entre faces d'appui des tampons ou entre faces actives des attelages automatiques, pour une capacité de transport comprise

entre 96 m ³ et 470 m ³ .

Il est également important de noter à ce niveau que l'utilisation d'essieux libres 5 au niveau des extrémités, en plus de permettre un dégagement des parties hautes et par conséquent la possibilité d'utiliser des châssis/caisse 2 avec des dimensions longitudinales utiles supérieures permettant d'améliorer d'autant le volume utile du châssis/caisse 1 en entier, permet en outre de diminuer l'usure des roues d'extrémité.

En effet, l'absence de fonction de freinage préserve de l'usure spécifique à ce mode de fonctionnement, ce qui est d'autant plus important que ces roues ont un besoin naturel d'orientation beaucoup plus grand, typiquement trois à sept fois, que celles qui sont déjà pré-orientées par leur assujettissement en lacet au châssis/caisse de bogie et que ce besoin ne peut pas être complètement satisfait, notamment en courbes de moins que 300 m, pour lesquels un compromis de réglages de l'ensemble suspension primaire garantissant une stabilité suffisante en alignement doit aussi être recherché.

En ce qui concerne la répartition de la charge de freinage, comme indiqué plus haut, elle est intégralement reportée sur les bogies 3 intérieurs.

De manière avantageuse, on prévoit que cette charge sera reportée de manière homogène et iso-statique quant à la charge effective affectée à chaque châssis/caisse.

Dans l'exemple de la figure 1, c'est à dire pour un wagon poly-articulé 1 à quatre bogies 3 et deux essieux libres 5, on prévoit que chaque essieu de bogie ait un poids-frein égal à 10/8 ^eme du poids naturel transféré au rail par chaque essieu. Dans l'exemple de la figure 2, c'est à dire pour un wagon poly-articulé 1 à trois bogies 3 et deux essieux libres 5, on prévoit que chaque essieu de bogie ait un poids-frein égal à 8/6 ^eme du poids naturel transféré au rail par chaque essieu.

Dans les exemples des figures 1 et 2, on prévoit que le wagon poly-articulé soit équipé de châssis/caisse 2 de type trémie pour le transport d'agrégats. Toutefois, on pourra également utiliser ces deux types de wagon précités avec des wagons plats, notamment des porte-conteneurs ou porte-bobines métalliques ou tombereaux ou à superstructures à parois coulissantes.

Bien entendu, d'autres modes de réalisation à la portée de l'homme de l'art auraient également pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après.