Brevet FR2698110A1 — publié le 19940520

L'invention a pour objet un rail-aiguille du type comprenant un champignon, une âme et un patin utilisé dans les appareils de voie de chemins de fer, généralement associé à un rail de voie courante dit rail contre-aiguille. Un tel rail-aiguille permet de guider un véhicule ferroviaire au choix, soit en alignement, soit en déviation d'un itinéraire, par le changement de sa position, appliqué contre le rail contre-aiguille adjacent ou écarté de celui-ci, respectivement. Les rails-aiguilles actuellement connus sont de plusieurs types: V de forme identique au rail R Vignole de la voie courante. A de forme similaire au rail Vignole avec une âme épaisse. B de forme très trapue avec un âme très épaisse, asymétrique par rapport au champignon et comportant un patin épais asymétrique par rapport au champignon et par rapport à l'âme. C de forme similaire au rail Vignole mais de hauteur réduite. Pour réaliser le rapprochement des patins du rail-aiguille et du rail contre-aiguille, les types d'aiguilles de la forme V et A nécessitent l'enlèvement par usinage, tant pour le rail-aiguille que pour le rail contre-aiguille adjacent, d'une partie du patin, ce qui affecte la stabilité et la résistance mécanique des deux. En outre, le rail contre-aiguille adjacent qui, dans le cas d'appareils de voie incorporés en long rail soudé (LRS) est soumis à de fortes sollicitations longitudina- les, prend par cet usinage une tendance au flambement. Le rail-aiguille et le rail contre-aiguille étant de même hauteur et le patin du rail-aiguille manquant au moins partiellement, il est inévitable de devoir supprimer la fixation intérieure aux traverses du rail contre-aiguille adjacent dans cette zone La continuité de transmission des efforts longitudinaux, verticaux et transversaux vers les traverses et le support de voie en est perturbée. Le type de profil de la forme B est de faible hauteur et par conséquent, de faible résistance aux efforts verticaux importants Afin de pouvoir réaliser une liaison avec le rail de voie courante, ce profil doit subir un forgeage difficile en extrémité, ce qui rend nécessaire, entre champignon et patin, un surplus impor- tant de matière pour combler au forgeage la différence de hauteur L'asymétrie importante du patin et de l'âme provoque des déformations lors du refroidissement après laminage, et lors du traitement thermique Ceci nécessite des opérations ultérieures de dressage délicates. Le type de profil de la forme C, bien qu'éliminant certains inconvénients des formes V, A et B, s'est révélé de résistance horizontale et verticale insuffisante et trop flexible lors des opérations de manoeuvre d'aiguille Il souffre généralement d'un manque de matière au forgeage Pour cette raison, le raccorde- ment au rail de voie courante au lieu d'un forgeage du rail-aiguille, rend nécessaire une réduction de la hauteur du rail courant, ce qui localise alors la soudure de liaison des deux dans une section de hauteur réduite. Dans la voie courante, le rail est posé classiquement incliné vers l'intérieur de la voie pour favoriser, en relation avec la conicité du bandage, le centrage de l'essieu. Pour éviter toute discontinuité dans le roulement, surtout dans les voies pour circulation à grande vitesse, il est indispensable de maintenir cette inclinaison du rail dans l'appareil de voie Le rail- aiguille, pour des raisons de déformation et d'efforts à la manoeuvre, doit avoir le patin posé à l'horizontale, ce qui a pour résultat dans le cas des rails-aiguilles du type V, A, B et C avec leur surface de roulement horizontale, de présenter au bandage une surface de roulement qui engendre une discontinuité au franchisse- ment du rail-aiguille. Le but de l'invention est de conférer au profil d'un rail-aiguille des caractéristiques répondant de façon optimale aux exigences de guidage, de roulement, de manoeuvre, de sollicitation et d'exécution dans les conditions de charge et de vitesse des chemins de fer d'aujourd'hui. L'invention a pour objet un rail-aiguille pour appareil de voie comprenant un champignon avec une surface de roulement, une âme avec un plan médian et un patin Ce rail-aiguille est remarquable en ce que la surface de roulement est inclinée relativement à ce plan médian, en ce que le patin présente deux ailes inégales dont la plus grande est située du côté vers lequel est inclinée la surface de roulement et en ce que le centre de gravité est situé hors du plan médian et placé du côté de l'aile la plus grande. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivent ainsi que de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, o: la Figure 1 est une vue schématique, en coupe, des solutions existantes; la Figure 2 est une vue similaire, à plus grande échelle, de la mise en oeuvre d'un rail-aiguille selon l'invention; la Figure 3 est une vue en section d'un rail-aiguille selon l'invention; la Figure 4 est un graphe illustrant le comportement des profils traditionnels A, B, C et R ou V connus et du profil D selon l'invention, o est portée en abscisse la surface d'un profil et en ordonnée la surface de l'ellipse d'inertie, avec surface de l'ellipse d'inertie i=, et surface du profil la Figure 5 illustre le diagramme des contraintes extrêmes au patin sous charge en courbe o est portée en abscisse la contrainte verticale et en ordonnée la contrainte horizontale. Les rails ferroviaires et, en particulier, les rails-aiguilles étant bien connus dans la technique, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui concerne direc- tement ou indirectement l'invention Pour le surplus, l'homme du métier du secteur technique considéré puisera dans les solutions classiques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, on utilise toujours un même numéro de référence pour identifier un élément homologue, quel que soit le mode de réalisation ou sa variante d'exécution. Comme illustré un rail-aiguille selon l'invention comprend un champignon 10 avec une surface de roulement E, bordé par deux flancs 100, une âme 20 avec un plan médian N et un patin 30 avec des ailes 300 ayant un bord libre longitudinal 301. La Figure 3 montre un exemple du rail- aiguille selon l'invention adapté au rail de voie courant UIC 60. La surface de roulement E est inclinée de préférence avec une pente au 1/20 par rapport au plan médian a de l'âme La forme générale du champignon est réalisée suivant les recommandations de l'UIC (Union Internationale des Chemins de Fer) Comme on peut l'observer, l'un des flancs du champignon est parallèle au plan médian de l'âme alors que l'autre des flancs est incliné avec une pente de préférence au 1/10 relativement à ce plan La largeur 1 du champignon est de 72 mm environ et sa hauteur h de 51,5 mm environ. L'âme, d'épaisseur e de 32,5 mm par exemple, est dimensionnée en fonction du besoin de matière pour le forgeage à la hauteur du rail de voie courant UIC 60. L'épaisseur b par exemple, de 20 mm, au bord libre longitudinal du patin confère au profil la résis- tance nécessaire aux sollicitations verticales et horizontales La largeur de la grande aile, mesurée de son bord libre longitudinal au plan médian est de 85 mm environ et la largeur de la petite aile, mesurée de la même manière est de 65 mm environ La disposition asymétrique du patin avec une pente par exemple au 1/17 pour l'aile la plus grande, et une pente de par exemple au 1/13 pour l'aile la plus petite, permet de limiter l'usinage de celui-ci dans la zone de rapprochement avec le rail contre-aiguille. La hauteur H totale du rail-aiguille par exemple de 142 mm laisse assez de hauteur libre pour une fixation du rail contre-aiguille. La largeur L du patin est de 150 mm environ. On notera que le rail-aiguille selon l'inven- tion présente un centre de gravité G situé hors du plan médian de l'âme et placé du côté de l'aile la plus grande du patin. Un rail-aiguille selon l'invention a un champignon de 3100 m M 2 et un patin de 3780 mm 2, à titre indicatif. A titre indicatif, les autres propriétés d'un tel rail-aiguille sont: Le rendement des différents types de profil est représenté par le diagramme de la Figure 4 Le rendement du rail-aiguille selon l'invention se situe parmi les meilleurs des rails-aiguilles déjà existants. Le diagramme de la Figure 5 montre que les contraintes dans le patin du rail-aiguille selon l'inven- tion sont inférieures ou de même niveau, que celles dans les patins des profils de type A et B d'un poids métrique pourtant supérieur de 5 à 6 %. Une particularité du rail-aiguille proposé selon l'invention résulte du fait qui consiste à laminer le champignon avec une surface de roulement inclinée en correspondance avec celle du rail de voie courante en pose inclinée. Une autre particularité du rail-aiguille selon l'invention résulte du fait qui consiste à lui donner un maximum de hauteur en relation avec la hauteur du rail courant, tout en laissant l'espace nécessaire pour la fixation F intérieure de ce rail aux traverses ou similaires. Suivant les pays, les sociétés de chemins de fer disposent de systèmes différents de sécurité et d'entraînement des aiguillages Les tringles T de manoeuvre et de contrôle attaquent le rail-aiguille soit Section: 8894 m M 2 Masse linéique 69,82 kg/m Moment d'inertie lx: 2025 cm 4 ly: 764 cm 4 Module d'inertie: par rapport au sommet 250 cm 3 par rapport à la base 331 cm 3 transversal côté roulement 94 cm 3 transversal côté extérieur 112 cm 3 au patin, soit dans l'âme. La forme générale du rail-aiguille proposé selon l'invention offre la possibilité de fixer les tringles de manoeuvre et de contrôle dans l'âme et/ou au patin, selon le réseau o il est utilisé. L'ensemble des dimensions du profil choisi pour un rail-aiguille selon l'invention conduit à un équilibre optimum entre les coûts de réalisation des aiguilles et les performances de guidage, de support, de résistance et de manoeuvre Le champignon du rail- aiguille selon l'invention étant déterminé en fonction de celui d'un rail courant, les dimensions de l'âme et du patin en épaisseur et asymétrie offrent de bonnes conditions pour le laminage, le traitement thermique et le forgeage, ainsi qu'un optimum réalisable en ce qui concerne la résistance aux efforts de circulation et les exigences de manoeuvre. REVENDICATIONS 1 Rail-aiguille pour appareil de voie comprenant un champignon ( 10) avec une surface de roulement (E), une âme ( 20) avec un plan médian (n) et un patin ( 30), caractérisé en ce que la surface de roulement (E) est inclinée relativement à ce plan médian (z), en ce que le patin ( 30) présente deux ailes ( 300) inégales dont la plus grande est située du côté vers lequel est inclinée la surface de roulement (E) et en ce que le centre de gravité (G) est situé hors du plan médian (TE) et placé du côté de l'aile ( 300) la plus grande. 2 Rail-aiguille selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champignon ( 10) est bordé par deux flancs ( 100) dont l'un est parallèle au plan médian (n) de l'âme ( 20) et l'autre incliné relativement à ce plan (n). 3 Rail-aiguille selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur du patin ( 30) à chacun de ses deux bords ( 301) libres longitudinaux est égale. 4 Rail-aiguille selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'aile ( 300) du patin ( 30) la plus grande a une pente plus petite que celle de l'autre aile ( 300) la plus petite. Rail-aiguille selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pentes des ailes ( 300) ont pour valeur 1/17 et 1/13 environ. 6 Rail-aiguille selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'inclinaison de la surface de roulement (E) a une pente de 1/20 environ. 7 Railaiguille selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le flanc ( 100) incliné du champignon ( 10) a une pente de 1/10 environ.