Brevet FR2523165A1 — publié le 19830916

I 2523165 La présente invention concerne des perfectionnements avportés aux rails, aux traverses et aux organes destinés à assurer la fixation des rails sur les traverses ou sur une infrastructure quelconque, ces perfectionnements visant plus particulièrement, mais non exclusivement les rails, les traverses et les dispositifs de fixation destinés normalement à équiper les voies ferrées de chemins de fer. Les voies ferrées actuelles sont armées de rails type " Vignole " a patin plat, fixés sur traverses bois Mais, la majorité des voies modernes sur lesquelles circulent les trains à grande vitesse, ou à fortes charges, sont équipées de traverses en béton, beaucoup plus résistantes aux charges élevées. Cependant, en courbes, les efforts transversaux liés à la force centrifuge, sont transmis par les roues des trains principalement au rail de grand rayon de la voie Ce rail est ainsi notamment soumis à un couple, appelé couple de déversement du rail qui est transmis aux attaches et fixations du rail, ainsi qu'à d'autres efforts latéraux, verticaux, etc, d'o il résulte l'existence d'efforts de traction sur les boulons ou dispositifs de fixation rail/traverse, des efforts latéraux sur les attaches, des contraintes en traction ou en compression sur ces différent E organes, etc Boulons, attaches, dispositifs divers de fixation rail/traverse et traverse proprement-dite fatiguent et travaillent anormalement, et ne remplissent donc que partiellement leurs rôles respectifs. L'un des buts de l'invention est donc de redonner à chaque élément constitutif de la voie ferrée son rôle normal et leur fonction, c'est-àdire au rail de transmettre directement à la traverse les efforts qu'il reçoit au passage des trains (en liene droite, et en courbe), et aux attaches et boulons leur rôle exclusif de fixation du rail sur la traverse Un autre but de l'invention est de permettre un centrare direct du rail sur la traverse (sans interposition d'une pièce inter- médiaire de centrage) assurant ainsi l'écartement précis et constant de la voie en toutes circonstances les voies ferrées modernes étant dorénavant construites avec des rayons suffisants permettant que les deux rails de la voie ferrée soit à un écartement permanent, mime en courbe. Ces différents buts sont atteints en déterminant, suivant l'invention, sur toute la partie inférieure du patin du rail une forme réométrique concave ou convexe (par exemple travèzoldale, ovale, c:rculaire, prismatique, etc) coopérant avec une forme corres- pondante que présente la surface supérieure de l'orrane recevant le patin du rail pour sa fixation, tel que traverse en béton. _ 2 _ Les divers caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, de quatre de ses formes possibles de réalisation Il est bien précisé qu'il s'agit uniquement d'exemples, et que toutes autres formes, proportions et disposi- tiona pourraient être adoptées sans s'écarter du cadre de l'invention. Au cours de cette description, on se réfère aux dessins ci- joints qui montrent: Fig I, 2, 3, 4 des demi-vues en coupe de quatre formes de réali- sation possible de l'invention, appliquées à un rail sur une infrastructure en béton, Fi" 5 une vue en coupe d'un rail selon Fie I, placé sur une traverse en béton, et fixé par boulons-tirefonds collés. Fig 6 le schéma de l'effort de déversement existant au patin d'un rail Virnole (notamment rail du grand rayon d'une voie en courbe) Fig 7, le même schéma que Fig 6, au patin d'un rail selon Fir 5 Dans la forme de réalisation représentée Fig I, on déter- mine une forme trapèzoldale sur toute la largeur du patin du rail (donnant la forme d'un Y renversé) symétrique par rapport à l'axe vertical X X' du rail 2 La face supérieure 3 a du patin du rail est parallèle à la face inférieure Ia, ou forme un angle réduit C avec la face Ia Dans tous les cas, une plaque relativement souple 4 peut être intercalée entre la face inférieure du patin du rail 2 et la face supérieure de la traverse 5 Ces formes sont faciles à réaliser tant sur le rail par laminage, que pour les traverses en béton et permettant un centrage immédiat du rail sur la traverse. Dans la forme de réalisation représentée Fim 2, la face extérieure 3 b est différente de la précédente, et permet d'adopter d'autres dispositifs de fixation rail/traverse. En A sont représentées les forces appliquées au boudin du rail 2, en courbe, par une roue de wagon (pour la facilité du problème on considérera ce contact comme étant instantané et ponctuel): la force Fl étant la charge verticale (manse), la force F 2 les efforts dûs à la force centrifuge, la force R est résultante de Fl et de F 2 Si l'on reporte le point d'application de la résultante R à la verticale en B sur la face d'appui Ib du patin du rail, la direction de R étant variable mais approximativement perpendiculaire à la face lh, les efforts R résultante se répar- 4 h tissent sur toute la surface Ib en contact avec la semelle 4, puis sur la surface en contact de la traverse 5 proprement-dite. 3 2523165 Dans la forme de réalisation représentée Fim 3, on détermine aussi une forme trap Azoidale Ic sur toute la larreur du patin du rail inverse de la précédente, et symétrique par rapport à l'axe X XI du rail 2 La face supérieure 3 c du patin du rail 2 meut être apnro- ximativement parallèle à la face inférieure Ir, ou peut épouser une autre forme représentée à titre d'exemple non limitatif Fir 4 k La Fim 5 montre le rail 1 fixé sur la traverse béton 10 à l'aide de boulons-tirefonds 2, 3, 9 le boulon 9 étant vissé dans une ç'arniture spéciale 8 et collé en 7 au béton de la traverse. IO Une bride en matière isolante et rigide 5 serrée par une rondelle élastique 4 vient prendre appui d'un côté sur la face supérieure du patin du rail 1, et de l'autre sur le dessus de la traverse béton 10. Une semelle préformée 6 en matière souple est intercalée entre le patin du rail 1 et la traverse béton 10. I 5 Cette fipure montre notamment la fonction " centrage "l jouée par la traverse béton 10 sur le rail 1, et le rôle respectif de chaque élément de la vole 1) le patin du rail 1 reçoit tous les efforts verticaux et transver- saux transmis par les roues des trains, en ligne droite et en courbe. 2) la traverse en béton 10 reçoit tous les efforts du rail 1 par l'intermédiaire de la plaque souple 6. 3) les boulons 2,9 et les brides 4,5 ne font qu'exercer un effort de serrage sur le patin du rail 1 assurant ainsi une pression régulière et constante du rail sur les traverses, et ils ne subissent que des efforts de traction très réduits sous fortes charges. En ce qui concerne les efforts verticaux de traction exercés sur les boulons de fixation du rail de la voie lors du passage d'un train efforts liés au déversement du rail en courbe, et pour R (Fie 2) constante, on a selon Fie 6 (cas du rail normal à patin plat) le centre instantané de rotation (appelé C I R) étant en O à l'extré- mité extérieure du patin du rail; et selon Fie 7 (cas du rail à patin trapèzoldal selon descriptions précédentes) le CIR étant en O ' décalé de la distance 00 ': distance verticale entre le dessous de la partie horizontale du patin et la partie extérieure du patin la formule suivante OA A Fl = ( O '0 + OA) ^ F 2 = Constante. Cette formule montre clairement que F 2 déversement du rail. _ 4 2523165 L'ar Dlication de tels rails, traverses et dispositifs d'assembla Fes rail/traverses correspondant est particulièrement adaptée lorsque les charges et les forces en action sont importantes et fréquentes (trains lourds, rapides, etc) permettant ainsi la constitution d'une voie ferrée assurant une parfaite tenue de tous ses éléments la constituant. 2523165 REVENDICATIONS 1 Perfectionnements apportés aux rails, aux traverses et aux orranes de fixation du rail sur la traverse d'une voie ferrée caractérisés en ce qu'ils consistent à déterminer sur toute la partie inférieure du patin du rail une forme Géométrique convexe ou concave. coopérant avec une forme correspondante que présente la surface supérieure de la traverse, et les surfaces d'appui sur le patin du rail des orr-anes de serrame du rail à la traverse, de telle sorte que la majeure partie des efforts appliqués au rail lors du passage des trains est ainsi transmise aux surfaces de formes géométriques de la traverse recevant le patin du rail ou de l'infrastructure, permettant ainsi de réduire considérablement les efforts et contraintes subis par les organes de serrage rail/traverse. 2 Perfectionnements suivant 1/ suivant lequel la forme réalisée sur le patin du rail est convexe et coopère avec une forme concave présentée par la traverse. 3 Perfectionnements suivant 1/ suivant lequel la forme réalisée sur le patin du rail est concave et coopère avec une forme convexe présentée par la traverse. 4 Perfectionnements selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisée en ce que l'écartement constant de la voie ferrée est assuré et obtenu grâce au centrare direct géométrique du patin de chacun des deux rails sur les traverses, évitant ainsi toute possibilité de ripage transversal à la voie de l'un ou l'autre rail, ou des deux rails lorsque ceux-ci sont soumis à des efforts ou contraintes liés par exemple aux charges des trains, aux rayons des courbes, à la température atmosphérique, etc Perfectionnement selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que l'effort vertical de traction exercé sur les attaches de fixation rail/traverse lors du passage d'un train, lié au déversement du rail en courbes, est considérablement réduit grâce au décalage du centre instantané de rotation lié à la forme du patin du rail et à la position relative du centre instantané de rotation par rapport au point d'application de cet effort vertical de traction sur l'organe de fixation rail/traverse.