Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le phénomène d’adhérence conditionne considérablement les performances ferroviaires, il permet l’accroissement des charges remorquées et des accélérations, ainsi que la réduction des distances d’arrêt. Pour ces raisons, il fait l’objet de développements continus. Cet article se propose de traiter le processus de frottement au contact roue-rail dans le domaine de la traction par moteur à collecteur, puis à induction. Il décrit également les dispositifs de régulation du glissement de la roue par rapport au rail, en traction et en freinage.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-Claude ALACOQUE : Ingénieur Supélec - Ingénieur automaticien à ALSTOM Transport – Systèmes Électroniques (Villeurbanne) - Senior expert en systèmes de traction ferroviaire
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Pierre CHAPAS : Ingénieur DPE - Senior expert ferroviaire
INTRODUCTION
Le frottement de deux corps en contact régit tous nos déplacements, transports terrestres et chemin de fer en particulier, où il en est le théâtre avec une acuité singulière. Roue et rail en acier sont dotés d’un très faible coefficient de frottement : atout sans égal du point de vue rendement énergétique de la traction, mais contrepartie délicate dans l’exercice de l’effort de freinage. L’adhérence conditionne donc les performances ferroviaires : c’est la seule explication du tracé des lignes de chemin de fer construites au XIXe siècle : rampes et pentes les plus faibles possibles ont façonnées les itinéraires dits « de vallées » (tableau A).
Le développement de la traction électrique a posé de nouveau le problème de l’adhérence. Effort, vitesse, donc puissance, sont sans commune mesure avec la traction à vapeur et pouvait-on les mettre en œuvre sur le même contact roue-rail ? C’est la démonstration que se propose ce dossier.
Après avoir rappelé le processus du frottement au contact roue-rail, nous décrirons les étapes et les réalisations actuelles dans le domaine de la traction par moteur à collecteur, puis à induction, ainsi que des dispositifs de régulation du glissement de la roue par rapport au rail, en traction et en freinage. Les résultats atteints conditionnent les charges remorquées, en traction, et les vitesses limites en termes de distances d’arrêt, en freinage. Le cas très particulier du métro sur pneumatiques trouve sa principale justification dans l’accroissement de l’adhérence qui rejoint celle du transport routier.
La gestion de l’adhérence, loin d’être une solution définitivement acquise, fait l’objet de développements continus. Elle représente l’argument majeur de l’accroissement des performances exigées pour que le chemin de fer garde son avantage de transport le plus performant en termes énergétiques et l’un des moteurs du développement durable.
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Adhérence roue-rail1. Contact roue-rail
À l’arrêt d’un véhicule ferroviaire, la plage de contact entre la roue et le rail est définie par la forme de la partie supérieure du rail – le champignon –, le profil de la roue et par l’élasticité des matériaux en contact déformés par le poids du véhicule.
1.1 Champignon de rail et profil de roue
Il existe de nombreux profils de roue et différents types de rails, variant selon l’histoire du développement ferroviaire, les pays ou le type de liaison ferroviaire : trains de fret ou lignes à grande vitesse.
Les profils les plus utilisés en France, sont définis par les normes françaises : NF A 45-317 pour le rail Vignole type 60 kg/m et NF F 01-115 pour le profil standard de roulement de la roue pour voie normale (cf. ). Ils sont tous deux représentés sur la figure 1, sans usure et en l’absence de déformation élastique.
Le boudin de la roue limite le débattement de l’essieu transversalement selon l’axe y entre les deux files de rails, en venant buter contre le champignon du rail. La table de roulement de la roue est conique pour permettre la variation du rayon du cercle de roulement en contact avec le rail dans les courbes, et ainsi compenser la différence du chemin parcouru par les deux roues du même essieu. Cette conicité sert également à recentrer dynamiquement l’essieu entre les rails.
Le contact entre la roue et le rail est théoriquement ponctuel, comme le contact entre deux cylindres à axes perpendiculaires, dont les rayons sont les rayons de courbure du rail et de la roue autour du contact. En réalité, la masse du véhicule répartie sur chaque roue (tableau 1) déforme l’acier de la roue et du rail en créant, par élasticité, une surface de contact.
HAUT DE PAGE1.2 Théorie du contact. Ellipse de Hertz
L’analyse de la zone de contact a été faite par Hertz [6] en statique, sans transmission d’effort. L’application la plus simple de ce résultat utilise deux cylindres à axes perpendiculaires. Le cylindre représentant le champignon du rail a son axe parallèle à la direction x de la figure 2, qui est la direction du déplacement....
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Contact roue-rail
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Les Chemins de Fer. - – Larousse (1964).
-
(2) - O.R.E - Construction d’une locomotive d’essai à caractéristiques d’utilisation variable - . Rail International (mars 1970).
-
(3) - CURTIUS (E.W.), KNIFFER (A.) - Nouvelles données relatives à l’adhérence entre roues et rail. - Elektrishe Bahnen no 9 (1950).
-
(4) - GARREAU (M.) - L’aptitude au démarrage des fortes charges des locomotives électriques monophasées 50 Hz à redresseurs ignitrons. - Revue Générale des Chemins de Fer (oct. 1955).
-
(5) - NOUVION (F.), BERNARD (M.) - Connaissances nouvelles sur l’adhérence. - Revue Générale des Chemins de Fer (mars 1961).
-
(6) - HERTZ (H.) - Über die Berührung fester elastischer Körper. - Journal...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Composantes et applications électrique du système ferroviaire
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Dimensionnement du matériel roulant ferroviaire
ANNEXES
NF A 45-317 avril 1982 Laminés à chaud. Rail Vignole type 60 kg/m et éclisse. Profil : caractéristiques et tolérances.
NF F 01-115 octobre 1994 Matériel roulant ferroviaire. Profils de roulement pour voie normale. Caractéristiques.
UIC 615 c cf. réf. .
HAUT DE PAGE
Se reportera à la référence .
HAUT DE PAGE3 Constructeurs-Fournisseurs (liste non exhaustive)
Faiveley Transport
Alstom Transport
http://www.alstom.com
SNR
HAUT DE PAGE
UIC Union internationale des chemins de fer
ORE Office de recherche et d’essais de l’UIC
...
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