Brevet FR2635734A1 — publié le 19900302

a) Domaine de l'invention: La présente invention concerne une bande de contact pour le pantographe utilisé sur des autorails électriques, et plus particulièrement une bande de contact pour le pantographe monté sur l'autorail électrique (que' l'on désignera simplement ci-dessous par "bande de contact"), qui capte le courant du câble suspendu tout en glissant sur le câble sans aucune huile de graissage, et qui est léger, très résistant à l'abrasion et donc tout à fait utilisable sur un autorail électrique à grande vitesse comme les autorails de la ligne japonaise Shinkansen qui circulent à une vitesse dépassant 200 km/h. b) Description de la technique antérieure: D'une façon générale, plusieurs bandes de contact 20 sont connectées en série entre elles et disposées à proximité l'une de l'autre sur les têtes des collecteurs ou sur les sabots de captage 12 en deux rangées sur le dessus du pantographe 10 d'un autorail électrique. Par exemple, dans le cas des autorails électriques de la ligne japonaise de Shinkansen, six bandes de contact sont fixées sur un même pantographe, c'est-à-dire trois bandes sur chaque tête de collecteur, tandis que dans le cas des autorails électriques des trains électriques japonais existants, huit bandes de contact sont fixées sur un seul pantographe, c'est-à-dire quatre sur chaque tête de collecteur. Les locomotives électriques sont équipées de douze bandes de contact électrique par pantographe, c'est-à-dire de six bandes sur chaque tête de collecteur. Comme indiqué sur les figures 2 (A) et (B), la structure des bandes de contact classiques 20 employées sur des autorails électriques de ce type est totalement fabriquée en un alliage fritté de matériaux identiques. Il est nécessaire que les bandes de contact de ce type aient d'excellentes caractéristiques mécaniques comme par exemple leur résistance à la traction, la valeur de l'énergie de choc, la dureté, etc., et une résistivité, qui correspond à la vitesse de l'autorail électrique sur lequel elles doivent être montées. La norme actuelle des autorails électriques de la ligne japonaise de Shinkansen exige que des alliages frittés à base de fer, résistant à l'abrasion aient une densité spécifique de 7 environ et que des alliages frittés résistant à l'abrasion à base de cuivre aient une densité supérieure à 8. Les matériaux ayant des densités inférieures aux valeurs ci-dessus ne peuvent pas satisfaire les caractéristiques mécaniques et électriques exigées pour les pièces employées sur les autorails électriques de la ligne de Shinkansen. Des alliages frittés classiques, résistant à l'abrasion, utilisables sur les autorails électriques sont décrits dans les descriptifs des brevets japonais (Kokoku) N Sho -44143, 54-42332, 52-24487 et 50-36809. La norme actuelle des autorails électriques de la ligne japonaise de Shinkansen en ce qui concerne les bandes de contact exige que l'épaisseur T soit de 10 mm, la largeur W de 25 mm, et la longueur L de 270 mm. Plus précisément, l'alliage fritté à base de fer résistant à l'abrasion devrait peser environ 480 g par bande de contact, tandis que l'alliage fritté à base de cuivre, résistant à l'abrasion devrait peser environ 560 g par bande de contact. Comme indiqué précédemment, six bandes de contact sont montées sur un seul pantographe d'autorail électrique de la ligne de Shinkansen et par conséquent le poids total des bandes de contact qui sont fabriquées en un alliage fritté résistant à l'abrasion, à base de fer pèse environ 2.880 g alors que les bandes de cortact fabriquées en un alliage fritté résistant à l'abrasion, à base de cuivre pèsent environ 3.360 g. Puisque les bandes de contact actuelles des autorails électriques sont assez lourdes, les autorails électriques sont entraînés en recevant un courant tandis que le pantographe est poussé du dessous vers le câble de distribution par la force d'un ressort de levage qui est d'environ 5,5 kg. Cependant, lorsque la vitesse de l'autorail électrique est supérieure, la continuité entre les bandes de contact et les câbles de distribution se dégrade et des amorçages interviennent entre eux, si bien que l'abrasion des câbles de distribution et des bandes de contact provenant des amorçages augmente. C'est-à-dire que l'abrasion des bandes de contact et des câbles de distribution, qui intervient pendant la marche des autorails, est la somme de l'abrasion due au glissement mécanique des bandes de contact fixées sur le pantographe sur les câbles de distribution et à l'abrasion provoquée par l'amorçage. Plus précisément, l'abrasion provoquée par l'amorçage augmente car le suivi des câbles de distribution par les bandes de contact se détériore quand les autorails circulent à plus grande vitesse. RESUME DE L'INVENTION La présente invention a pour objet de supprimer les inconvénients des bandes de contact classiques mentionnes ci-dessus en proposant une bande de contact utilisable sur des autorails électriques qui circulent à une vitesse supérieure à 200 km/h. La présente invention a pour autre objet de proposer une bande de contact légère et très résistante à l'abrasion dont la continuité avec le câble de distribution, lorsque l'autorail électrique circule, est facilitée de telle sorte qu'elle minimise l'abrasion des bandes de contact et du câble de distribution. L'objet ci-dessus sera obtenu en proposant une bande de contact comportant un élément de surface avant qui doit être en contact avec le câble de distribution pour capter le courant de ce câble et un élément de surface arrière qui doit être fixé à la tête du collecteur, l'élément de surface avant étant fabriqué à partir d'une plaque métallique résistant à l'abrasion ayant les caracté- ristiqiies mécaniques et la résistivité désirées, l'élément de surface arrière étant fabriqué à partir d'une plaque métallique ayant des caractéristiques mécaniques identiques ou supérieures à celles de l'élément de surface avant et une résistivité égale ou inférieure à celle de l'élément de surface avant et dont la densité soit plus faible que celle de l'élément de surface avant, les éléments de surface avant et arrière étant intégralement connectés entre eux, en réduisant ainsi la densité de la totalité de la bande de contact tout en maintenant les caractéristiques mécaniques et électriques exigées des bandes de contact pour autorails électriques à grande vitesse. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un croquis schématique représentant les parties essentielles d'un pantographe ordinaire à monter sur des autorails électriques; la figure 2 (A) est une vue partielle en plan d'une bande de contact classique pour autorail électrique et la figure 2 (B) est une vue partielle en élévation des bandes de contact de la figure 2 (A); la figure 3 (A) est une vue partielle en plan d'un mode de réalisation de bandes de contact pour autorail électrique selon la présente invention; et la figure 3 (B) est une vue partielle en élévation de la bande de contact de la figure 3 (A). DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES Des modes de réalisation de la bande de contact selon la présente invention vont être décrits ci-dessous en se référant aux figures 3 (A) et (B) qui correspondent respectivement aux figures 2 (A) et (B) qui représentent la bande de contact classique. La bande de contact 40 dans ce mode de réalisation est constituée par un élément de surface avant A qui est en contact avec le câble de distribution pour capter le courant de ce dernier, et d'un élément B de surface arrière fixé à la tête du collecteur. L'élément de surface avant A a une longueur L (= 270 mm) et une largeur W (= 25 mm), qui sont conformes aux exigences stipulées dans les normes JIS (Japanese Industrial Standard), et également une épaisseur t2 inférieure à l'épaisseur T qui satisfait aux exigences de la norme JIS. L'élément de surface arrièreB a une longueur L, une largeur W et une épaisseur tl (= T - t2) qui sont conformes aux exigences de la norme JIS. Ces éléments de surface A et B sont fabriqués séparément, et reliés entre eux au moyen de vis C quand ils sont superposés. L'élément de surface avant A est fabriqué en un alliage fritté résistant à l'abrasion ayant des caractéristiques mécaniques et une résistivité désirées, et l'élément de surface arrière B est fabriqué à partir d'une plaque métallique ayant des caractéristiques mécaniques égales ou supérieures à celles de l'élément de surface avant et une résistivité identique ou inférieure à celle de l'élément de surface avant et possédant une densité inférieure à celle de l'élément de surface avant. Sur les figures, D désigne un trou de vis pour fixer la bande de contact 40 à la tête du collecteur. On notera que les valeurs indiquées ci-dessus des épaisseurs tl et t2 varient légèrement d'un autorail électrique à un autre qui comportent les pantographes sur lesquels les bandes de contact doivent être utilisées. Les valeurs tl = 3 à 5 mm tandis que t2 = 7 à 5 mm conviennent. Les exemples dans lesquels la bande de contact possède des éléments de surface avant et de surface arrière ayant des épaisseurs tl = t2 = 5 mm, respectivement, vont être décrits ci-dessous. Réalisation 1: L'élément de surface avant A employé dans les bandes de contact à base de fer couramment utilisées pour le pantographe installé sur l'autorail électrique de la ligne de Shinkansen, ayant les propriétés physiques telles qu'une résistance à la traction de 23 kg/mm, une valeur de choc Charpy de 1,3 kgm/cm2, une dureté Brinell de 95, une résistivité de 36 piQcm et une densité de 7, a été construit pour avoir une épaisseur de 5 mm, une largeur de mm et une longueur de 270 mm, tandis que l'élément de surface arrière B a été fabriqué à partir d'un alliage d'aluminium très résistant ayant des propriétés physiques telles qu'une résistance à la traction de 46 kg/mm, une valeur de choc Charpy de 3kgm/cm2, une dureté Brinell de 98, une résistivité de 3,2 p2cm et une densité de 2,8 et a été construit avec une épaisseur de 10 mm, une largeur de mm et une longueur de 270 mm. Ces éléments de surface A et B ont été intégralement connectés entre eux au moyen de vis C quand ils étaient superposés pour former une bande de contact résistant à l'abrasion complexe légère & base de fer d'une épaisseur de 10 mm, d'une largeur de 25 mm et d'une longueur de 270 mm, et pesant environ 333 g. Exemple comparatif 1: Une bande de contact à base de fer résistant à l'abrasion (pesant environ 480 g) d'une épaisseur de mm, d'une largeur de 25 mm et d'une longueur de 270 mm a été fabriquée à partir du même matériau que l'élément de surface avant A dans le mode de réalisation 1. Mode de réalisation 2: L'élément de surface avant A utilisé dans les bandes de contact à base de cuivre actuellement employées pour le pantographe monte sur l'autorail électrique de la ligne de Shinkansen, ayant des propriétés physiques telles qu'une résistance à la traction de 22 kg/mm, une valeur de choc Charpy de 1,5 kgm/cm2, une dureté Brinell de 91, une résistivité de 18 pDcm et une densité de 8, a été fabriqué en une épaisseur de 5 mm, une largeur de 25 mm et une longueur de 270 mm, tandis que l'élément de surface arrière B a été fabriqué à partir du même alliage d'aluminium très résistant que celui du mode de réalisation 1. Ces éléments de surface A et B ont été intégralement connectés entre eux au moyen de vis C quand ils étaient superposés l'un sur l'autre pour former une bande de contact à base de cuivre légère complexe résistant à l'abrasion de 10 mm d'épaisseur, de 25 mm de largeur et de 270 mm de longueur et pesant environ 373 g. Exemple comparatif 2: Une bande de contact à base de fer, résistant à l'abrasion (pesant envircn 560 g) d'une épaisseur de mm, d'une largeur de 25 mm et d'une longueur de 270 mm a été fabriquée à partir du même matériau que l'élément de surface avant A du mode de réalisation 2. Comme le met en évidence la comparaison des propriétés physiques entre le mode de réalisation 1 et l'exemple comparatif 1, le mode de réalisation 1 présente une résistance à la traction, une valeur de choc Charpy et une dureté Brinell qui sont toutes supérieures à celles de l'exemple 1. La résistivité du mode de réalisation 1 est inférieure à celle de l'exemple comparatif, et également le mode de réalisation 1 est plus léger que l'exemple comparatif. De la même manière, comme on le sait d'après la comparaison des propriétés physiques entre le mode de réalisation 2 et l'exemple 2, le mode de réalisation 2 est bien meilleur du point de vue des caractéristiques mécaniques et électriques que l'exemple 2 comme pour la relation entre le mode de réalisation 1 et l'exemple 1, et le mode de réalisation 2 est plus léger que l'exemple 2. Résultats des essais: Des éprouvettes ayant comme dimension 10 x 25 x 90mm ont été préparées en découpant les bandes de contact complexes préparées comme dans les modes de réalisation 1 et 2 ci-dessus et des bandes de contact unitaires de 1 x 25 x 270 mm ont été préparées comme exemples comparatifs 1 et 2, et chacune d'elles a été fixée sur la plaque tournante mesurant environ 640 mm de diamètre d'un contrôleur d'abrasion et de captage du courant de type rotatif. L'éprouvette a été glissée sur un câble de distribution ayant une surface de section GT de 110 mm2 placé sur une circonférence d'environ 640 mm de diamètre avec une vitesse de glissement de 160 km/h et un courant alternatif de 100 A pendant 60 mn tout en étant appuyé sur le câble de distribution avec une force de levage de 5,5 kg. La vitesse spécifique d'usure de chaque éprouvette et l'épaisseur abrasée (mm) du câble de distribution lorsque l'éprouvette est passée par une position prédéterminée de la circonférence du câble de distribution dix mille fois ont été mesurées. Les résultats des mesures sont présentés dans le tableau ci-dessous. La vitesse spécifique d'usure est indiquée en volume abrasé (mm3) de la bande de contact quand elle a glissé sur une distance de 1 mm en étant appuyée sur le fil de distribution sous une charge de 1 kg, et l'épaisseur d'abrasion (en mm) du câble de distribution a été évaluée en utilisant un micromètre et elle est présentée sous forme de la valeur moyenne de l'épaisseur d'abrasion (en mm) en 8 positions équidistantes prédéterminées sur le pourtour de la circonférence. Résultats comparatifs. Vitesse d'usure Epaisseur d'abrasion spécifique de la du câble de distri- bande de contact bution d'une section Eprouvettes (10'7mm3/kg-mm) de 110 mm2 lorsque la bande de contact a passé- dix mille fois (mm) Mode de réali- sation 1 (bande de 0,9 0,0010 contact complexe légère à base de fer) Mode de réali- sation 2 (bande de contact 1,8 0,0013 complexe légère à base de cuivre) Ex. comparatif 1 (bande de contact unitaire à base de 3,1 0,0021 fer pour la ligne Shinkansen) Ex. comparatif 2 (bande de contact unitaire à base de 4,3 0,0025 cuivre pour la ligne Shinkansen) Comme l'indique le tableau ci-dessus, les bandes de contact complexes des modes de réalisation 1 et 2 de la présente invention ont une bonne continuité de contact avec le câble de distribution car elles sont légères comparativement aux bandes de contact unitaires fabriquées en un. seul matériau et constituant les exemples comparatifs 1 et 2. Donc, il est possible d'envisager une réduction de l'abrasion par amorçage des bandes de contact et du câble de distribution. On notera que les modes de réalisation 1 et 2 et les exemples comparatifs 1 et 2 ont les poids suivants: Une bande de contact du mode de réalisation 1: environ 333 g. Une bande de contact de l'exemple 1: environ 480 g. Plus précisément, le rapport entre le mode de réalisation 1 et l'exemple 1 = 333/480 = environ 0,69. Une bande de contact du mode de réalisation 2: environ 373 g. Une bande de contact de l'exemple 2: environ 560 g. Plus précisément, le rapport entre le mode de réalisation 2 et l'exemple 2 = 373/560 = environ 0,67. Lespoids de toutes les bandes de contact montées sur un même pantographe seront comparés entre les modes de' réalisation. et les exemples comparatifs. Dans le cas des autorails électriques de la ligne de Shinkansen, six bandes de contact sont montées par pantographe. Plus précisément, dans le cas de l'exemple 1, les bandes de contact utilisées pèsent 480 g x 6 = 2.880 g. Les bandes de contact du mode de réalisation 1 pèsent 330 g x 6 = 1.998 g. Le poids de l'exemple 1 dépasse de 882 g celui du mode de réalisation 1. De la même manière, les bandes de contact de l'exemple 2 pèsent 560 g x 6 = 3.360 g tandis que celles du mode de réalisation 2 pèsent 373 g x 6 = 2. 238 g. I1 y a une différence de poids de 1.122 g entre l'exemple 2 et il le mode de réalisation 2. Comme décrit précédemment, la bande de contact selon la présente invention comporte un élément de surface avant fabriqué à partir d'une plaque métallique résistante à l'abrasion ayant des caractéristiques mécaniques et une résistivité désirées et un élément de surface arrière fabriqué à partir d'une plaque métallique ayant des caractéristiques mécaniques identiques ou supérieures à celles de l'élément de surface avant et une résistivité identique ou inférieure à celle de l'élément de surface avant et une densité inférieure à celle de l'élément de surface avant, les éléments de surface avant et arrière étant intégralement connectés entre eux. Par conséquent, la bande de contact ayant les performances nécessaires en tant que bande de contact, peut avoir son poids total réduit afin d'améliorer la continuité de son contact avec le câble de distribution. L'élément de surface arrière est légèrement inférieur à l'élément de surface avant du point de vue de la lubrification anti-abrasion, mais puisque les bandes de contact doivent être remplacées par des neuves pour garantir la sécurité dans le cas des autorails électriques de la ligne Shinkansen lorsque leur épaisseur a été réduite à environ 5 mm (c'est-à-dire à environ la moitié de leur épaisseur initiale), l'infériorité de la lubrification anti-abrasion de l'élément de surface arrière ne posera pas de problème en pratique. Comme indiqué dans ce qui précède, selon la présente invention, il est possible de proposer une bande de contact légère dont les capacités de glissement anti-abrasion et de captage de courant sont maintenues. Ainsi, la continuité du contact des bandes de contact avec le câble de distribution est considérablement augmentée et l'amorçage dû à l'écartement des deux pièces est réduit. Donc l'abrasion du câble de distribution ainsi que celle de la bande de contact elle-même peuvent être effectivement minimisées. Revendications 1. Bande de contact pour un pantographe utilisé sur un autorail électrique, comprenant un élément de surface avant qui doit être maintenu en contact avec le câble de distribution pour capter le courant de ce câble et un élément de surface arrière qui doit être fixé sur la tête de collecteur, ledit élément de surface avant étant fabriqué à partir d'une plaque métallique résistant à l'abrasion ayant les caractéristiques mécaniques et la résistivité désirées, ledit élément de surface arrière étant fabriqué à partir d'une plaque métallique ayant des caractéristiques mécaniques égales ou supérieures à celles de l'élément de surface avant et une résistivité identique ou inférieure à celle de l'élément de surface avant et ayant une densité inférieure à celle dudit élément de surface avant, lesdits éléments de surface avant et arrière étant intégralement connectés entre eux. 2. Bande de contact selon la revendication 1, dans laquelle l'épaisseur desdits éléments de surface avant et arrière est sensiblement la moitié de leur valeur respective standard. 3. Bande de contact selon la revendication 1, dans laquelle ledit élément de surface avant est fabriqué en un alliage fritté à base de fer ou à base de cuivre résistant à l'abrasion tandis que ledit élément de surface arrière est fabriqué à partir d'un alliage d'aluminium très robuste. 4. Bande de contact selon la revendication 2, dans laquelle ledit matériau de la surface avant est en alliage fritté résistant à l'abrasion à base de fer ou à base de cuivre tandis que ledit élément de la surface arrière est fabriqué en un alliage d'aluminium de grande résistance.