OFFICE NATONAL DES CHEMINS DE FER *** DIRECTION ACTIVITES FRET *** ETABLISSEMENT PRODUCTION TRAINS FRET CASA *** ACT/FORM EDITION MAI 2004 thèmes description des différents organes de véhicules organes de roulement choc et traction suspension RECTIFICATIFS Date Page N°de rectificatif Observations Le matériel Remorqué Le matériel remorqué actuellement en service à l’ONCF peut se classer en plusieurs catégories suivant leur fonction : *Les voitures *Les remorques d’autorails *Les fourgons *Les wagons Le parc du matériel remorquée est constitué par l’ensemble de tous les véhicules énumérés ci-dessus . Le matériel pour trains de voyageurs(voitures et fourgons) est souvent appelés matériel GV(Grande Vitesse). Le matériel pour trains de marchandises (wagons et certains fourgons) est souvent appelé matériel PV(Petite Vitesse) *La construction du matériel remorqué a évolué considérablement en vue d’obtenir : *Une sécurité plus grande (voitures métalliques) ; *Un prix de revient moindre (construction soudée) : *une réduction de poids ; *surtout un accroissement du confort pour le voyageur(tenue en ligne améliorée par l’emploi de nouveaux bogies , banquettes , et coussins confortables , chauffage ,installations sanitaires , climatisation, sonorisation …) les voitures sont les véhicules destinés au transport des personnes. Elles sont groupées pour constituer les trains de voyageurs Dans les grands trains (20 ou21 véhicules )on utilise des voitures de grande longueur (25m, donc à bogies) munies à l-eurs extrémités de portes d’accès débouchant sur une plate forme ou terrasse ; des portes et des passerelles d’intercirculation permettent de passer d’une voiture à l’autre pendant la marche du train. La caisse (appelée aussi superstructure )est divisée en plusieurs compartiments ouvrant soit sur un couloir latéral , soit un couloir central : le couloir réunit toujours les deux plate-formes ou terrasse d’un véhicule. Les faces de la caisse présentant des ouvertures recevant des baies ou chassis-glace. ORGANES MECANIQUE DU MATERIEL REMORQUE ORGANES DE ROULEMENT GENERALITES DESCRIPTION AXE OU ESSIEU NU ROUES BANDAGES Généralités Les essieux montés : sont les organes essentiels des dispositifs de roulement des véhicules sur rail .Ils supportent les véhicules , permettent leur déplacement , leur guidage et transmettent les efforts de traction ou de freinage grâce à l’adhérence de leurs roues sur les rails On distingue sur tous les essieux montés : 1) un axe cylindrique muni de « fusées » qui supportent le poids du véhicule ; 2) deux roues solidaires de l’axe ; 3) deux bandages solidaires des roues l’assemblage de ces différents parties forme un ensemble rigide Remarquons dès maintenant que l’axe tourne avec les roues ; différence importante entre le matériel de chemins de fer et le matériel automobile pour lequel les roues tournent autour des essieux fixes . Cette disposition des essieux montés de chemin de fer s’explique par la nécessité de maintenir l’écartement des roues rigoureusement constant . Examinons successivement les parties constitutives d’un essieu monté. fig. .1 1) AXE OU ESSIEU NU ( appelé aussi essieu –axe) ( voir figure 1 et 2) C’est une pièce massive en acier mi-dur ( acier D ou E). Elle est obtenue par forgeage .Sa résistance mécanique à la flexion et au cisaillement doit ère très élevée car les efforts supportés sont importants. Portée d’obturateur ou collet Fig. 2 Champignon Fusée Portée de calage corps d’essieu portée de déflecteur ’huile On y distingue : a) le corps de l’essieu : (partie centrale généralement cylindrique) b) les portées de calage : Situées de part et d’autre du corps d’essieu, ce sont des partie d’un diamètre supérieur à celui du corps d’essieu. Soigneusement usinées , elles sont destinées à recevoir les roues par emmanchement à la presse. c) Les fusées : Parties cylindriques limitées par des arrondis (ou congés de raccordement) et très soigneusement usinées. Elles sont destinées à recevoir la charge du véhicule par l’intermédiaire des boites d’essieux que nous verrons par la suite . Leur surface doit être lisse et parfaitement cylindrique. Sur les fusées il y a liaison entre un organe tournant : l’essieu , et un organe fixe : le véhicule ( par les boites d’essieux) d) Les portées d’obturateurs : Situées entre les portées de calage et les fusées, elles ont pour rôle de supporter les obturateurs qui assurent l’étanchéité des boites (huile ou graisse) e) Les portées de déflecteurs d’huile : Situées entre fusées et portées d’obturateurs, ce sont deux petites portées cylindriques destinées à supporter un organe que nous verrons également par la suite ( tous les essieux n’en sont pas munis). f) Les champignons (ou patères) : Situés aux extrémités de l’essieu. Leur diamètre est supérieur à celui des fusées. g) Les centres d’essieux : Ce sont des alésages tronconiques situés aux extrémités de l’essieu (fig.3) Soigneusement usinés , ils permettent le montage de l’essieu entre les pointes d’un tour en vue de son usinage ou de sa réfection. Chanfrein Fig.3 Centre d’essieu Fusée Un tel essieu constitue un seul bloc. Il est l’objet de nombreuses vérifications qui ont pour but de s’assurer de l’absence de tout défaut , superficiel ou interne , susceptible d’être une amorce de rupture ou même d’échauffement (régularité de surface des fusées). 2) ROUES ( fig. 4) On distingue sur un corps de roue : a) le moyeu : Partie centrale massive percée d’un orifice destiné à l’assemblage roue-essieu. b) la jante : Partie périphérique dont la surface extérieure est cylindrique .Le moyeu et la jante sont reliées soit par des rayons ou rais , soit le plus souvent , par une partie pleine appelée toile ( la toile est parfois munie de nervures de renfort ).La toile est percée de deux trous , appelés trous de toc ( en vue de tournage) jante toile moyeu l’assemblage du corps de roue sur la portée de calage de l’essieu est effectué à la presse Afin d’obtenir un serrage important fig. 4 entre les deux parties de l’assemblage le diamètre de la portée de calage est usiné à une cote supérieure au diamètre intérieur du moyeu. Le serrage varie de 0,1mm à 0,4 mm suivant l’importance du diamètre de l’essieu. La pression de calage est de l’ordre de 80t 3) BANDAGES Ce sont des couronnes en acier à grande résistance (acier G ) fixées sur les jantes des roues .Ils sont obtenus par forgeage et laminage de lingots d’acier de très bonne qualité (homogènes, soigneusement dépourvus d’éléments pouvant les rendre fragiles) Les bandages sont destinés à assurer le roulement sur rail . Afin de permettre le guidage des roues entre les rails aussi bien en voie droite que courbe , ils sont usinés extérieurement suivant un profil dit « profil unifié ». On distingue sur ce profil -une partie renflée : le boudin , destiné à maintenir l’essieu monté entre les rails et le guider (courbes , aiguilles). -une partie légèrement conique : la table de roulement ; c’est la surface d’appui sur le rail . -En alignement droit , le contact de la roue sur le rail s’effectue suivant le cercle de roulement Le boudin et la table de roulement sont raccordés par un congé .La partie opposée au boudin ne participe pas au roulement , sa conicité est plus forte .Un chanfrein termine le profil. La conicité des tables de roulement a deux effets : 1) En alignement droit , si l’essieu tend à s’écarter de l’axe de la voie , elle le ramène en bonne position ( à cause de la charge qui s’appuie sur l’essieu). 2) En courbe , la roue placée sur le rail extérieur doit parcourir un plus grand chemin que la roue placée sur l’autre rail Comme les deux roues tournent à la même vitesse , si leurs tables de roulement étaient cylindrique il y aurait glissement . Grâce à la conicité des tables de roulement , le glissement est évité : l’essieu se déporte légèrement vers l’extérieur de la courbe et les cercles de roulement des deux roues prennent des diamètres différents. Le cercle de roulement de la roue intérieure à la courbe se réduit , celui de l’autre roue augmente. Bien que tournant à la même vitesse , la roue extérieure parcourt alors un plus grand chemin que l’autre roue et il n’y a pas de glissement. Les bandages doivent être solidement fixés sur les jantes des roues ; à cet effet , le diamètre intérieur du bandage est usiné à une cote plus faible que le diamètre de la jante qui doit le recevoir . La différence des diamètres ou serrage est de l’ordre de 1,5 mm, proportionnelle à la grandeur des roues. L’assemblage est effectué à chaud : le bandage est porté à la température de 350°C ; il se dilate . On y introduit la roue . Au refroidissement , il y a serrage énergique entre les deux parties assemblées. Cette opération est l’embattage Dans le sens transversal , le bandage est immobilisé d’un coté par un talon et de l’autre par une agrafe placée dans une rainure L’agrafe est un cercle d’acier ouvert qui est logé dans la rainure après embattage . Elle s’appuie contre la jante Roues monobloc. Sur les roues dites « monobloc », le moyeu , la toile et la couronne extérieure usinée au profil de roulement constituent une seule pièce en acier dur (acier moulé ou forgé). Ces roues sont employées en vue d’éviter les ébranlements ou lâchage qui se produisent parfois sur des roues bandagées ( voitures à voyageurs équipées , du frein haute puissance) ou en vue de l’allègement (surtout pour les autorails) . Leur utilisation permet d’escompter une diminution des défauts par suite d’une tension moindre du métal que dans le cas d’un bandage. Les essieux montés sont identifiés par les indications suivantes , portées en bout des fusées : 1) Marque du fournisseur. 2) Numéro de coulée. 3) Date de fabrication. 4) Marque de catégorie de la matière. 5) Numéro de modèle ( pour roue monobloc). 6) Marque de propriété. 7) Numéro de type de l’essieu monté. 8) Numéro d’ordre de l’essieu monté. 9) date de construction ou de mise en service. Ainsi par exemple , l’essieu vu en bouts , représenté par la figure 13. - a été fabriqué ou fourni en septembre 1956 ; - appartenant à l’oncf ; Coté gauche Marque de propriété N° de type de l’essieu monté F3 908 2.57 317 2527 XY 9.56 Coté droit Date d’assemblage N° d’ordre de l’essieu F3 908 2.57 317 2527 XY 9.56 N° de coulée Marque du fournisseur Date de fabrication Généralités Descriptions Boite à coussinet en une pièce. a) b) c) d) Corps de boite. Coussinet. Dispositif de graissage. Obturateur. Généralités Les boites d’essieux assurent la liaison entre les essieux . Elles permettent : De faire supporter aux essieux en mouvement le poids du véhicule ; D’assurer la transmission des efforts de freinage à la masse du véhicule en mouvement (l’effort de freinage étant appliqué à la périphérie des bandages) La liaison s’effectue sur les fusées des essieux. Boites à rouleaux Généralités Les boites d’essieux assurent la liaison entre les essieux et le véhicule. Elles permettent : - de faire supporter aux essieux en mouvement le poids du véhicule ; - d’assurer la transmission des efforts de freinage à la masse du véhicule en mouvement (l’effort de freinage étant appliqué à la périphérique des bandage). Dans les boites à rouleaux , le coussinet est supprimé, Le glissement est remplacé par le roulement des rouleaux. Le roulement , représenté par l’image ci- haut est de type à double rangées de rouleaux sphériques Montage des roulements Sur la fusée d’essieu dépourvue de champignon , deux roulements à rouleaux sont calés au moyen de manchons coniques enfoncés à force par un gros écrou à créneaux L’écrou se visse sur un prolongement fileté de la fusée . Les manchons sont fondus : ils s’appliquent fortement sur la fusée et sur les bagues intérieures des roulements qui sont ainsi rendus solidaires de la fusée .Deux vis et une barrette fixées en bout de la fusée empêchent l’écrou de se desserrer . Les bagues extérieures des roulements sont serrées dans le corps de boite en deux parties assemblées par boulons La boite est fermée à la partie avant par un couvercle fixé par vis avec interposition d’un joint. Le graissage est effectué par de la graisse consistance ; le corps de boite en est rempli. Autres montages de roulements 1) Il existe des boites en une pièce avec0 2) . 3) . un seul roulement à rouleaux à rouleaux sphériques à deux rangées ( SKF) 4) Il existe des roulements à rouleaux coniques à simple rangée (Roulements Timken).Le corps de boite est en une pièce pas de manchons de calage. Les boites à rouleaux ont pour principal avantage de diminuer considérablement la résistance à l’avancement en raison de la substitution du frottement de roulement au frottement de glissement De plus , l’usure des fusées est supprimée , les roulements s’usent très peu et le graissage nécessite beaucoup moins d’entretien que les autres boites pour lesquelles il est nécessaire de rétablir fréquemment le niveau de l’huile de graissage. BOITE A ROULEMENT Wagon plat à bogie équipé de boites à roulements (gauche) et wagon tombereau à bogie ( droite)transportant de bois cellulose Lot de wagons 3 essieux en alu* Lot de wagons 3 essieux en alu , série Tdg 563000 -564000 équipés de boites à roulements sa particularité qu’il a 3 essieux 2 extrêmes et 1 central ; réservé au transport des céréales chargement s’effectue par trappe supérieure et déchargement par gravité par trappes inférieures. wagon couvert à deux essieux type léger série Gklm 1116000 servant comme frein de queue * élément de traction grand format *élément de choc petit format éléments de choc (spencer moulton) tampon de choc comprenant : plongeur boisseau clavette éléments de choc disque de tampon *ressorts de suspension à boudins * boite d’essieu à roulement * roue monobloc * cadre de bogie y25cs * essieu 9101 avec boite à roulement * ressort de suspension à lames * plaques de garde * sous garde ROLE DES ORGANES DE CHOC ET DE TRACTION Les organes de traction permettent l’accouplement avec les autres véhicules et leur transmettent l’effort de traction de la locomotive. Tous les matériels moteurs et remorqués sont munis sur leurs traverses de tête d’organes de traction . Les organes de choc assurent en permanence un contact souple entre les véhicules et amortissent les chocs qui se produisent à l’accostage et en marche sous l’effet d’à –coups de traction et de freinage. Les organes de choc permettent à l’ensemble du train une certaine flexibilité pour les passages en courbe et amortissent les oscillations des véhicules pendant la marche. Tous les véhicules moteurs et remorqués sont munis, sur leurs traverses de tête ,d’organes de choc. Les organes de traction d’un véhicule sont disposés à chaque extrémité du véhicule ,sur les traverses de tête , dans l’axe longitudinal du châssis. Les organes de traction comprennent : a) un crochet de traction b) un tendeur d’attelage c) un crochet de tendeur au repos (accessoire de sécurité) e) un organe élastique ou ressort de traction f) Crochet de traction unifié de 100t Bec Ressaut Tête Oeil de tête Extrémité filetée Tige C’est une pièce en acier forgé et traité (résistance 100t) .On remarque la forme particulière donnée au crochet afin de lui assurer une grande résistance à la rupture . Le crochet se compose de 2 parties : la tête et la tige La tête de crochet est une partie massive munie d’un bec et percée d’un œil . La tête reçoit à demeure le tendeur du véhicule auquel appartient le crochet La tête pour recevoir la maille du tendeur du véhicule voisin lors de l’attelage La tige , de section carrée du coté du crochet , est ronde vers l’autre extrémité L’extrémité opposée au crochet est soit fileté , soit munie d’un œil , soit munie d’une embase. disque de tampon plongeur boisseau clavette éléments de choc Tendeur d’attelage unifié de 85t * flasques * manille * vis à filets ronds * tourillon * poignée Le tendeur d’attelage est en acier D forgé et traité .La petite maille est en acier au nickel . Le tendeur d’attelage se compose de : 1) flasques (ou bielles ) articulées sur un écrou à tourillon et assemblées par un axe ou tourillon d’articulation : 2) d’une manille en forme d’étrier articulée sur un écrou à tourillon ; 3) d’une vis à pas contraires , à filets ronds commandant les deux écrous à tourillon ; 4) un levier à contrepoids , ou manivelle , permettant la manœuvre de la vis , (pour desserrage ou le serrage de l’attelage) Crochet de tendeur au repos La manille du tendeur non utilisée pour l’attelage de deux véhicules est relevée et accrochée à un crochet de tendeur au repos , fixé sous la traverse de tête. ROLE DE LA SUSPENSION La suspension assure la liaison élastique entre le châssis et les organes de roulement La suspension a pour but : 1)de répartir convenablement la charge du véhicule sur les fusées d’essieux, 2)d’amortir les effets de choc, pour le véhicule et les voyageurs ou marchandises transportées ,dus aux inégalités de la voie ( joint de rail) 3)de diminuer les chocs des roues sur la voie afin d’en éviter la détérioration trop rapide. Une suspension mal étudiée , mal entretenue ,mal réglée est une cause certaine de chauffage de boite et même de déraillement. DESCRIPTION Les organes de suspension comprennent a)les ressorts à lames bridé b)les organes reliant le ressort au châssis c)les plaques de garde. Ressort de suspension plaque de garde Entretoise de plaque de garde Le ressort à lames Le ressort à lames est formé d’une série de lames d’acier , superposées , parallèles , cintrées de longueurs décroissantes La première lame la plus longue s ‘appelle lame maîtresse .Ses extrémités sont à bouts roulés pour la liaison avec le châssis pat l’intermédiaire d’une broche. Lame maîtresse bride rouleau téton les plaques de garde les plaques de garde ainsi appelées à cause de leur rôle de sécurité servent : à guider les boites d’essieux lames intermédiaires à limiter les déplacements des boites par rapport au véhicule ; -dans les courbes -dans les à-coups : freinage d’urgence ,démarrage rapide ,accostage les plaques de garde sont fabriquées : -en une ou deux pièces ; -en tôle de 20mm d’épaisseur ou de 14mm , en acier spécial ; -en tôle emboutie , nervurée et raidie sur son pourtour par des bords tombés les plaques de garde sont fixées au châssis du véhicule(par soudure ou rivets) et reliées entre elles par une entretoise de plaque de garde ; elles coulissent avec un très grand jeu dans les glissoirs des boites d’essieux ROLE DU CHASSIS Le châssis doit résister seul aux nombreux efforts auxquels est soumis un véhicule ; il doit supporter 1) le poids de la caisse ; 2) les efforts de traction et de choc (souvent dissymétriques) ; 3) les efforts dus au freinage et aux inégalités de la voie , 4) les organes accessoires distorsion choc charge traction Réactions verticales Description du Châssis de wagon tombereau type unifié UIC Le châssis est un assemblage de divers éléments formant un cadre métallique robuste reposant par l’intermédiaire de la suspension et des boites d’essieux sur les fusées d’essieux. Le châssis du wagon tombereau UIC est constitué par : a)deux brancards en U b)deux traverses extrêmes ou traverses de tête , composées d’un U et d’une tôle de 10mm d’épaisseur c)six traverses intermédiaires en U d)quatre longrines principales e)quatre longrines extrêmes f)des longrines accessoires en I formant supports de plancher(longrines milieu) g) des goussets en tôles de 8mm renforçant les extrémités au droit du tamponnement les éléments du châssis sont assemblés par soudure électrique on distingue trois types essentiels de châssis *châssis de wagon UIC ; *châssis de wagon unifié ; *châssis de wagon standard la fabrication du châssis est soumise à des règles strictes touchant l’usinage , le montage , l’assemblage , destinées à éviter tout gauche et toutes tensions néfastes. Rôle de la caisse La caisse est l’élément utilitaire par excellence du véhicule et sa disposition est conditionnée étroitement par l’usage auquel le véhicule est destiné. La caisse destinée à contenir la marchandise transportée est agencée en vue de : *préserver la marchandise contre les chocs , les intempéries ,les détournements *permettre le chargement et le déchargement facile et rapide *offrir le maximum de longueur ,surface ou volume utiles suivant la nature des produits à transporter : *permettre l’arrimage ,le calage des pièces encombrantes, lourdes, fragiles. Description d’une caisse de wagon tombereau UIC LISSE* MONTANTS DE BOUT* *CONSOLE * MONTANT DE FACE * MONTANT DE PORTE La caisse ,partant d’une simple plate –forme (wagons plats) évolue vers la capacité fermée et étanche (wagons couverts) et devient spécialisée à un transport bien déterminé(wagons spéciaux et wagons particuliers) CONTENAIRE OU CADRE Le « container » est une caisse , généralement métallique ,servant au transport de marchandises Les cadres ont été créés pour permettre une collaboration des transports routiers et ferroviaires en assurant le service porte à porte ;il permettent le transport de certaines marchandises par rail ,route et eau . De dimensions variables ; ils sont en principe de construction métallique , en tôle emboutie ou gaufrée Ils sont pourvus d’organes permettant leur manœuvre à la grue ou au moyen d’engins mécanisés Le bogie est en quelque sorte un petit chariot qui possède à lui seul les organes nécessaires à : - son roulement - son guidage entre les rails ; - sa suspension et celle de la charge : la caisse on désigne donc sous le nom de bogie un ensemble essentiellement constitué par deux essieux sur lesquels un châssis repose , par l’intermédiaire des boites d’essieux et des ressorts de suspension . l’appui devant permettre à chaque bogie de s’orienter dans les courbes se fait par l’intermédiaire de pivots ou autres dispositifs permettant la rotation des bogies sous la caisse. pivot châssis de bogie châssis de caisse supporté par les bogies les bogies présentent d’autres avantages qui justifient l’extension de leur emploi sur beaucoup de véhicules les bogies ont reçu de nombreux perfectionnements destinés à leur permettre les circulations à grandes vitesse et ils ont actuellement une très bonne tenue en marche. Le bogie présente donc les avantages suivants : a) inscription correcte des essieux dans les courbes de petits rayons par suite du faible empattement qui permet d’obtenir les convergences des essieux ; b) réduction des chocs transmis à la caisse ; c) meilleure stabilité de la caisse ,du fait qu’elle n’est pas soumise directement aux perturbations dues au roulement d) allongement maximum de la caisse , longueur n’étant plus conditionnée par l’inscription des essieux, e) augmentation de la capacité de transport ,résultant de l’allongement maximum de la caisse les bogies de voitures Il existe de nombreux variétés de bogies et ce serait sortir du cadre de notre étude que d’en faire un examen détaillé Bogie « chlirein » qui découle d’un ancien type de bogie fondamental ,ce bogie a une tenue satisfaisante aux vitesses de 100 / 120 km/h ,mais devient moins favorable aux vitesses supérieures en raison des jeux fonctionnels qu’il comporte Le bogie chlirein est composé par : 1)les organes de roulement 2)la suspension primaire 3)le châssis de bogie 4)la suspension secondaire 5)la liaison avec caisse châssis de bogie Suspension primaire liaison caisse –bogie suspension secondaire balanciers équilibreurs 1)Les organe s de roulement sont constitués par deux essieux montés avec les boites d’essieux, *Roulement à rouleaux SKF *Roulement TIMKEN *Boites d’essieux en deux parties 2)suspension primaire la suspension primaire est composée de : *2 groupes de 2 balanciers équilibreurs *4 groupes de 2 ressorts en hélice les balanciers équilibreurs rendent solidaires deux à deux les boites d’essieux et répartissent la charge sur celles -ci. Chaque groupe de balanciers équilibreurs comprend : a)deux flasques b)deux entretoises a)les flasques sont jumelés ,en tôle d’acier ,à encastrement libre dans un sommier reposant sur les boites d’essieux, avec ou sans interposition de cale. b)les entretoises de balanciers, boulonnées formant le siège , ou cuvette inférieure des ressorts en hélice de la suspension primaire.
