Brevet FR2694579A1 — publié le 19940211

La présente invention concerne le domaine des fixations de rail de chemin de fer et plus particulièrement la famille des attaches élastiques de type "vissé" pour traverses en béton. I1 existe actuellement trois systèmes de fixations vissés significatifs sur le marché mondial; -les attaches Ru encore appelés crapauds RN constituées d'une lame en acier à ressort pliée en boucle. -les attaches NABLA&commat;, CIL ou AP ,utilisant une lame ressort et une butée en plastique. -les attaches VOSSLOH utilisant un fil d'acier à ressort galbé en forme de W et une butée. Les 2 premiers systèmes cités sont très difficiles à poser en voie automatiquement de facon mécanisée et ne sont pas prémontables sur les traverses;les traverses destinées à être équipées de ces systèmes sont livrées nues sur le chantier de pose de voie et ce n'est qu' auprès avoir posé les rails que I'on vient monter les systèmes de fixation,ce qui nécessite de recentrer le rail sur sa table d'appui et de prévoir toute la logistique d'approvisionnement des constituants des fixations. Le dernier système cité est en théorie mécanisable mais pour passer de la position d'attente prémontée à la position serrée sur le rail,il faut déplacer attache ressort dans l'espace et la tourner de 180";il est difficile de bien repositionner de façon automatique l'attache sur la butée car on perd le contact entre attache et butée lors de cette opération. Enfin,les deux derniers systèmes de fixation vissés cités possèdent chacun une butée transversale en plastique assez volumineuse.Comme la matière utilisée est un plastique technique à plus de 25 francs français du kg,et qu'il y a en moyenne 6800 attaches au kilomètre,on comprend l'intérêt de chercher à minimiser cette butée. La présente invention résoud ces problèmes d'une façon nouvelle,grâce aux particularités suivantes; -La présente invention est un système de fixation vissé entièrement prémonté sur la traverse lors de la livraison de cette dernière sur le chantier de pose de voie.Mais aussi un système tel que lors de la mise en place du rail,les opérations de dégagement préalable de l'attache élastique puis de remise en position sur le rail et de serrage puissent se faire de façon mécanisée sans risque de perdre une pièce ou de repositionner l'attache élastique de travers sur sa butée;et ce grâce à une liaison avec guidage constant entre attache-ressort et butée pendant toutes ces opérations. -La présente invention est aussi une fixation économique dans laquelle on profite de la présence d'une partie de l'acier constituant l'attache-ressort pour supprimer un volume correspondant du plastique de la butée. Avec la présente invention on conserve de plus certains avantages propres à tels ou tels systèmes:mais la manière dont ces avantages sont conservés est nouvelle.C'est le cas de la fonction anti-dévers(limitation du soulèvement du rail)où l'on utilise dans la présente invention les possibilités d'amortissement et de résistance à la compression de la butée en plastique,et c'est le cas de la limitation automatique du serrage où l'on utilise la possibilité de travail en flexion de la butée.Enfin,cette fixation,bien que prévue pour traverse en béton,peut également être utilisée sur traverses en bois ou en métal,ou sur dalle,ou sur selle métallique. La fixation suivant la présente invention comprend; -une attache ressort en fil d'acier rond avec trois zones d'appui et travaillant essentiellement en torsion. -une butée latérale en plastique technique. -un tirefond ou un boulon tirefond,ancré dans la traverse et permettant de serrer l'attache. Il y a au minimum deux fixations de ce type par file de rail soit quatre par traverse. Cette invention est caractérisée en ce que l'attache-ressort possède une branche rectiligne parallèle au rail,venant coulisser et ainsi être guidée dans un alésage correspondant de la butée,ce qui permet de bouger l'attache-ressort par rapport à la butée sans jamais perdre la liaison entre ces deux parties. La présente invention est également caractérisée en ce que la branche de l'attache-ressort venant coulisser dans l'alésage correspondant de la butée vient remplacer le volume de plastique correspondant à cet alésage,ce qui permet d'économiser une partie substantielle du plastique constituant la butée. La présente invention est également caractérisée par la présence sur la butée d'une saillie qui lors de la pose mécanisée des rails en voie permet d'extraire l'attacheressort de sa butée parallèlement au rail d'une valeur telle que la branche d'attache-ressort coulissant dans l'alésage correspondant de la butée n'est jamais complètement sortie dudit alésage,alors que le reste de l'attache ressort se trouve libéré par rapport au tirefond. La présente invention est également caractérisée par le fait qu'on utilise les capacités de flexion et de compression de la butée pour amortir les chocs lors du soulèvement du rail et limiter partiellement ledit soulèvement du rail. La présente invention est également caractérisée par la présence sur le dessus de la butée d'une forme saillante destinee à interdire à l'attache ressort de s'en aller toute seule par translation si le tirefond venait à se desserrer légèrement. La présente invention est enfin caractérisée par le fait que la butée en plastique repose à sa partie arrière sur la traverse et à sa partie avant(cté rail)sur la semelle de rail de facon à laisser subsister entre dessous de butée et traverse un petit jeu qui varie de 0 à l'arrière à une valeur à l'avant égale à la course maximale de compression prévue pour la semelle. La description détaillée de cette invention comprend: -la figure 1 qui est une vue de côté de la fixation en position serrée -la figure 2 qui est une vue de dessus de la figure 1. -la figure 3 qui est une vue de côté de la fixation en position non serrée. -la figure 4 qui est une vue de dessus de la fixation en position intermédiaire entre prémontage et pose de rail. -la figure 5 qui est une vue de dessus de la fixation en position permettant la pose du rail. Dans la figure 1,le rail 5 repose sur sa semelle 6 elle-même sur la traverse 1.Le tirefond 4 ancré dans la traverse 1 maintient serrée l'attache-ressort 3 à la fois contre le rail 5 et contre la butée 2 elle-même en appui sur la traverse.L'attache-ressort 3 possède une branche 7 parallèle au rail,qui vient dans un alésage 19 dans la partie arrière 24 de la butée 2.Cette branche 7 n'a ainsi que 2 degrés de liberté;soit une translation parallèle au rail,guidée par l'alésage 19,soit une rotation sur elle-même autour de l'axe 17 qui est à la fois l'axe de la branche 7 et l'axe de l'alésage 19. L'attache ressort 3 appuie grâce à sa branche 9 sur le rail le long de la génératrice 18.Un léger plat peut être préféré à l'appui sur une simple génératrice mais ceci n1 est qu'une variante possible de la présente invention. La tête 15 du tirefond 4 appuie sur les parties centrales 11,12 et 13 de l'attache-ressort 3.La partie 13 appuie ellemême en 28 sur la butée 2. Si on imagine un premier plan horizontal P1 passant par l'extrémité supérieure du bord du patin du rail,et un deuxième plan P2 correspondant au contact de la semelle 6 avec la traverse l,on choisit dans la présente invention de placer de préférence l'axe 17 entre ces deux plans. La partie arrière 24 de la butée 2 est en appui contre l'épaulement 16 de la traverse 1.La poussée latérale du rail provoque un effort horizontal transmis par la butée 2 au talon 16 de la traverse 1.Le barycentre de cet effort est approximativement situé à l'intersection 23 du plan horizontal passant par l'axe 17 de la branche 7 avec ledit talon 16.Lors de la transmission des efforts latéraux par la butée 2,la partie de la branche 7 de l'attache ressort qui se trouve dans l'arrière 24 de la butée 2 participe à ladite transmission en subissant des efforts d'action et de réaction radiaux. La réaction verticale d'appui de la branche 7 sous l'effet du serrage se fait sur la génératrice d'intersection 26 du plan vertical passant par l'axe 17 avec la butée 2. Une propriété inattendue de la présente invention vient du fait qu'ayant logé la branche 7 de l'attache-ressort dans le talon 24 de la butée 2 et non au-dessus dudit talon 24,1'effort d'appui arrière de l'attache est appliqué plus bas que le centre de poussée latérale,ce qui augmente la stabilité du système et oriente la résultante des 2 efforts plus en oblique vers l'intérieur de la traverse,d'où une moindre fragilité du talon 16 de la traverse. Le corps 14 du tirefond 4 passe dans un trou 29 à travers la butée 2.Ce tirefond 4 peut être remplacé par un boulon tirefond scellé dans la traverse;dans ce cas,la tête 15 est remplacée par un écrou. Dans cette position serrée,la partie 13 de l'attache est elle-meme serrée entre le dessous de la tête 15 du tirefond et le dessus 28 de la butée.Pour limiter les pressions de contact il est avantageux que cette partie 13 ait été écrasée lors de sa fabrication.Par contre les parties 11 et 12(que le lecteur identifiera mieux sur la vue de dessus figure 2) qui sont elles aussi en appui contre la tête 15 du tirefond,n'appuient pas sur la butée 2.Le petit jeu 20 qui est maximum coté rail pour terminer à 0 dans la zone d'appui 28 permet non seulement un meilleur fonctionnement élastique de l'attache-ressort,une localisation plus précise de la réaction centrale de serrage du tirefond,mais aussi évite de bloquer les mouvements verticaux de la partie avant 27 de la butée.Une autre particularité de la présente invention est en fait d'avoir appuyé la butée 2 à la fois à l'arrière sur la traverse I le long de la génératrice 21 et à l'avant au niveau de son extrémité 27 sur la semelle 6.Ce qui permet de créer un petit jeu 22,en général pris égal à la compressibilité maximale de la semelle 6 soit 1 à 2 mm,entre l'avant 27 de la butée 2 et le dessus de la traverse. L'ouverture 22 d'environ 1 à 2 mm à l'avant de la butée,qui se termine à 0 à l'arrière à l'endroit où la partie 24 de la butée est en appui sur la traverse sur la génératrice 21,permet plusieurs choses:le travail élastique vertical de la butée qui accompagne comme une bielle les mouvements verticaux du rail et la limitation du serrage de la branche 13 de l'attache une fois que tout l'arrière 24 de la butée est venu s'appuyer en flexion sur la traverse 1. Lors d'une tendance au soulèvement du rail1l'ensemble des branches 9,10,11,12,13 de l'attache se comporte comme un levier bloqué sous la tête 15 du tirefond.Le soulèvement est ainsi limité à la course de flexion et de compression vers le bas de la partie 24 de la butée consécutive au déplacement vers le bas de la branche 13 de l'attache.Ce travail de flexion et de compression de la butée vient amortir le choc de soulèvement du rail et limiter partiellement ledit soulèvement.Bien entendu,ce raisonnement ne reste valable1 comme pour tous les systèmes d'attache,que si l'effort de soulèvement n'est pas trop élevé pour éviter la destruction de la fixation. La figure 2 est une vue de dessus de la figure 1;on constate que l'attache-ressort se compose d'une première branche rectiligne 7 parallèle au rail,d'une 2ème branche 8 allant vers le rail,d'une 3ème branche 9 parallèle au rail et appuyant sur ce dernier,d'un coude 10,d'une 4ème branche 11 sensiblement parallèle au rail,cette 4ème branche se prolongeant par un coude 12 et se terminant par une branche 13 de façon à entourer sur environ 180 le corps 14 du tirefond.Le corps 14 du tirefond 4 vient passer sensiblement au centre de la demi-boucle 12 de l'attache- ressort puis passe à travers le trou de la butée pour aller s'ancrer dans la traverse.La butée 2 sert à positionner latéralement le rail. Sans sortir de la présente invention,une variante possible,pour diminuer le poids d'acier à ressort mis en oeuvre,peut consister à ne pas prévoir les parties 12 et 13 de l'attache.Mais dans ce cas le tirefond sera soumis à un effort excentré.Cette solution sera donc réservée aux cas où l'effort souhaité de serrage au rail est faible. La branche 7 de l'attache,dont la longueur est supérieure ou égale à la longueur de l'alésage 19 mesurée parallèlement au rail,est logée avec un jeu pratiquement nul dans l'alésage 19 de la butée 2.Le diamètre extérieur de la branche 7 étant sensiblement égal au diamètre de l'alésage 19,la branche 7 fait partie quasi intégrante de la butée 2. La majeure partie de cette branche 7,par ailleurs nécessaire en tant que zone d'appui arrière pour le fonctionnement de l'attache,remplace donc un volume correspondant de plastique et transmet intégralement les efforts internes à la butée.A titre d'exemple numérique non limitatif,le diamètre du fil d'acier à ressort constituant l'attache est de 18 mm et la largeur de la butée,mesurée parallèlement à l'axe 17,est de 80 mm.La présente invention amène ainsi un gain de 26 cm3 de plastique. Au dessus de l'arrière 24 de la butée 2 se trouve une légère saillie 25 qui a 2 rôles; -faciliter lors du serrage le bon positionnement des branches 12 et 13 de l'attache-ressort pour éviter qu'elles ne s 'écartent. -empêcher que l'attache-ressort ne puisse avec les vibrations s'en aller toute seule par translation parallèle au rail si le tirefond venait à se desserrer légèrement. La hauteur de cette saillie est conditionnée par ce dernier point.En pratique,elle ne dépassera pas 5 ou 6 mm de hauteur pour ne pas avoir,lors de la pose du rail,à dévisser trop le tirefond. La figure 3 montre de coté l'attache en position non serrée.Cette figure a pour but de montrer 2 jeux prévus dans la conception du système.Le jeu "JS" existant avant serrage entre le dessous de la branche 13 de l'attache et le dessus 28 de la butée 2 représente la course de serrage. L'annulation de ce jeu lors du vissage du tirefond va provoquer une torsion de 11attache-ressort et l'énergie accumulée servira à maintenir un effort de serrage sur le rail.Le jeu "JS",généralement compris entre 4 et 8 mm,est choisi en fonction de l'effort désiré pour le serrage du rail,de la contrainte admissible en torsion pour l'acier de l'attache ressort et de la raideur souhaitée pour l'ensemble de la fixation. Le serrage doit être limité à l'annulation du jeu initial "JS".Mais un excès de serrage viendra mettre la butée en flexion.Le contact entre la butée 2 et la traverse 1 viendra alors limiter automatiquement la course de serrage.Toutefois moins il y aura du surserrage à la pose,plus la fixation remplira correctement son rôle dans l'amortissemnt des chocs de remontée du rail et plus on laissera la butée accompagner correctement les mouvements verticaux du rail. L'écart de hauteur J existant à l'état libre entre le dessus de la branche 11 de l'attache et le dessus de la branche 13 a été prévu pour que lors du serrage,la tête 15 du tirefond porte d'abord sur la branche 13,puis que la pression s'étende progressivement jusqu'à la branche 11;ceci afin de bien répartir la pression et de centrer au mieux la résultante du serrage dans l'axe du tirefond. Les figures 4 et 5 illustrent l'intérêt de la présente invention pour la mécanisation des opérations de pose du rail.La figure 4 est une vue de dessus de la fixation montrant l'attache ressort 3 partiellement sortie de la butée 2.Le rail n'a pas été représenté sur cette figure car on se trouve là chronologiquement avant sa pose.En 6 figure la semelle de rail.Pour arriver dans cet état intermédiaire que représente la figure 4 les opérations sont les suivantes La première opération consiste à desserrer le tirefond,sans l'enlever,pour libérer l'attache 3.En même temps que l'on soulève la branche 13 de l'attache ressort 3 des 5 ou 6 mm nécessaires pour passer au dessus de la saillie 25,on sort partiellement l'attache ressort 3 de la butée 2 grâce à une translation de ladite attache parallèlement à l'axe 17 de sa branche 7.La sortie partielle de l'attache 3 sera avantageusement limitée par une saillie 30 existant sur le dessus de l'avant 27 de la butée 2,le coude 10 venant contre la saillie 30 lors de la translation.Une autre façon de limiter la sortie de l'attache est de prévoir un obstacle 31 sur la traverse.C'est alors la branche 8 de l'attache ressort qui vient en butée contre l'obstacle 31 lors de la translation. Que l'on limite la sortie par translation de l'attacheressort 3 par la saillie 30 ou par l'obstacle 31,le positionnement de l'une ou l'autre saillie 30 ou 31 par rapport à la butée 2 est tel que la translation de sortie de la branche 7 dans l'alésage 19 est limitée à la valeur nécessaire et suffisante pour que les parties lO à 13 de l'attache puissent être soulevées sans heurter la tête 15 du tirefond 4,tandis qu'un morceau de la branche 7 reste toujours dans l'alésage 19,ce qui permet de conserver un guidage et une liaison entre l'attache ressort 3 et la butée 2. Une fois la fixation mise dans l'état représenté par la figure 4 les parties 11,12,13 de l'attache ressort peuvent être soulevées dans un mouvement de rotation de l'attache autour de l'axe 17 de sa branche 7,sans heurter la tête 15 du tirefond 4.On autorise ainsi le basculement de l'attache ressort 3 vers l'arrière,à l'opposé de l'endroit où viendra le rail. La figure 5 représente la fixation en vue de dessus quand l'attache ressort a ainsi été basculée vers l'arrière ce qui a permis de mettre le rail 5 sur sa semelle 6.0n peut également prévoir d'autres saillies ou creux optionnels dans la zone de la traverse où viennent reposer les branches 8 à 13 de l'attache ressort,quand on se trouve dans l'état représenté par la figure 5,pour éviter que l'attache ressort 3 ne puisse se déplacer à droite ou à gauche par translation parallèlement à l'axe 17. Une fois le rail mis en place sur la traverse,l'attache 3 sera rebasculée sur la butée et le rail puis translatée vers la butée jusqu'à ce que le coude 12 vienne contre le corps 14 du tirefond,lequel sera ensuite revissé pour serrer 1 'ensemble. Lors des opérations de translation de sortie puis de rentrée de l'attache ,il suffit de soulever légèrement l'avant de l'attache repère 9,10,11,12 ou 13 pour ne pas être gêné par les saillies 25 et 30.Mais pendant ces opérations,il y a toujours guidage et positionnement de l'attache 3 par rapport à la butée grâce à la partie de branche 7 de l'attache qui se trouve dans l'alésage 19 de la butée.On ne peut pas perdre de pièce ni replacer l'attache de travers.De plus le tirerond(ou l'écrou du boulon tirefond) n'est jamais enlevé ce qui est un avantage considérable pour la mécanisation de la pose des voies. L'application industrielle de la présente invention est particulièrement bénéfique si,une fois les traverses fabriquées,on vient prémonter les fixations sur lesdites traverses.On se sert de la partie avant 27 des deux butées en vis à vis pour retenir la semelle de rail qui ainsi est également prémontée.Dans le cas le plus fréquent les traverses sont ainsi livrées sur le chantier de pose de voie équipées de leur quatre fixations.La présence des butées en plastique 2 sur les traverses permet,une fois les attaches ressort basculées à l'opposé du rail donc libérant la zone où doit venir le rail,de venir déposer ce dernier directement à sa place définitive.L'opération de dégagement des attaches puis de remise en place et de serrage peut être mécanisée facilement: :il suffit que la machine de pose détecte la présence d'une traverse pour en déduire le positionnement de l'attache ressort et de la tête du tirefond donc pour programmer les déplacements et manoeuvres nécessaires. Revendications. 1. Système de fixation d'un rail de chemin de fer sur une traverse comportant: -une butée en plastique (2) positionnant latéralement le rail (5) ,appuyée dans sa partie arrière (24) contre l'épaulement (16) de la traverse et sur ladite traverse le long d'une génératrice (21) ,ladite butée (2) étant percée d'un trou (29) pour laisser passer le corps (14) du tirefond (4). -une attache-ressort (3) en fil d'acier rond comportant successivement une première branche rectiligne (7) parallèle au rail,une 2ème branche (8) se dirigeant vers le rail,une 3ème branche (9) parallèle au rail et appuyant sur ce dernier1 un coude (10) ,une partie (ll) sensiblement parallèle au rail,une demi-boucle (12) et enfin une extrémité (13). -un moyen de serrage (4) ancré dans la traverse constitué par un tirefond ou un boulon tirefond dont le corps (14) vient passer sensiblement au centre de la boucle (12) de l'attache-ressort et dans le trou (29) de la butée,ledit moyen de serrage venant serrer l'ensemble constitué par la butée (2) et l'attache-ressort (3) à la fois sur le rail et sur la traverse, caractérisé en ce que la branche rectiligne (7) de l'attache ressort vient coulisser dans un alésage correspondant (19) aménagé dans la partie arrière (24) de la butée (2). 2. Système de fixation suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la branche (7) est sensiblement égal au diamètre de l'alésage (19) 3. Système de fixation suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la longueur de la branche (7) est supérieure ou égale à la longueur de l'alésage (19). 4. Système de fixation suivant la revendication 3 caractérisé en ce que la partie de la branche (7) située dans l'alésage (19) de la butée remplace le volume correspondant de plastique de la butée en transmettant les efforts internes à ladite butée. 5. Système de fixation suivant la revendication 4 caractérisé en ce qu'une translation limitée de l'attache ressort parallèlement à l'axe (17) libère ladite attache du tirefond (4) et autorise son basculement vers l'arrière à l'opposé du rail. 6. Système de fixation suivant la revendication 5 caractérisé en ce que une saillie (30) située sur le dessus de l'avant (27) de la butée (2) permet de limiter la sortie par translation de l'attache-ressort par rapport à la butée (2). 7. Système de fixation suivant la revendication 5 caractérisé en ce qu'une butée (31) faisant partie de la traverse permet de limiter la sortie par translation de l'attache-ressort par rapport à la butée (2). 8. Système de fixation suivant les revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que lorsque l'attache-ressort (3) a été sortie par translation jusqu'à venir en butée contre la saillie (30) ou l'obstacle (31) une partie de la branche (7) de l'attache (3) reste toujours à l'intérieur de l'alésage (19) de la butée (2). 9. Système de fixation suivant la revendication 8 caractérisé en ce que lorsque l'attache-ressort (3) a été sortie par translation jusqu'à venir en butée contre la saillie (30) ou l'obstacle (31),les parties (10) à (13) de l'attache peuvent être soulevées par rotation de l'attache autour de l'axe (17),sans heurter la tête (15) du tirefond. 10. Système de fixation suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la flexibilité de la butée (2) et la compression verticale de la zone (24) de ladite butée par la branche (13) de l'attache ressort (3) sont utilisées pour amortir les chocs lors du soulèvement du rail et limiter les déplacements vers le haut de ce dernier. 11. Système de fixation suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la butée en plastique (2) repose par sa partie arrière (24) sur la traverse (1) et par sa partie avant (27) sur la semelle du rail (6) de façon à laisser subsister entre dessous de butée et traverse un jeu qui varie depuis 0 à l'arrière sur la génératrice d'appui (21) jusqu'à une valeur à l'avant égale à la course maximale de compression prévue pour la semelle (6). 12. Système de fixation suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le dessus de la butée (2) est pourvue d'une saillie (25) dont la hauteur est suffisante pour interdire une sortie par translation de l'attache ressort (3) en cas de léger desserrage du tirefond (4).