Brevet FR2717138A1 — publié le 19950915

DOXAINB TBCHNI0nX Le dispositif objet de la présente invention concerne la sécurité des convois ferroviaires, notamment des trains de voyageurs. ETAT DH LA TBCHNIOUE Les causes de déraillement d'un train peuvent être dues à une défaillance du convoi lui-meme, comme par exemple une vitesse excessive ou la rupture d'une roue, d'un essieu ou d'un bogie. Elles peuvent aussi être dues à une anomalie affectant la voie ferrée, comme par exemple un obstacle, un défaut d'écartement ou un affaissement des rails. Lorsqu'une roue d'un convoi ferroviaire quitte son rail porteur, il n'existe actuellement aucun système de secours limitant le développement de cet accident initial. La roue entre en contact avec les traverses et le ballast, entrainant a sa suite le déraillement d'autres voitures. Si les causes premières du déraillement d'une roue ne peuvent être totalement supprimées, les conséquences d'un tel accident pourraient être fortement réduites par un dispositif qui aurait pour fonction d'interrompre le processus de déraillement du reste du convoi. Tel est l'objet de la présente invention. EXPOSE GENERAL Le limiteur de déraillement objet de l'invention est un système automatique empèchant les roues accidentées d'entrer en contact avec les traverses et le ballast, tout en maintenant la voiture sur sa trajectoire. Le dispositif est fixé à proximité immédiate des roues, légèrement au-dessus des rails. Le nombre de limiteurs par voiture est variable en fonction des caractéristiques du convoi. En version de base, chaque limiteur se compose essentiellement d'un élément de liaison, d'un élément de guidage et d'un élément d'appui équipe d'une garniture de freinage. Dans certaines variantes, le limiteur comporte un élément complémentaire de freinage de détresse. Dans une autre variante, l'élément d'appui est équipé d'une garniture glissante. Présentation des dessins Les figures 1, 2 et 3 illustrent la position des limiteurs de déraillement à proximité des roues - La figure 1 est une vue latérale sur un bogie - La figure 2 montre la vue de dessus correspondante - La figure 3 est une coupe suivant F - La figure 4 montre les différents éléments en situation normale, c'est-à-dire lorsque les roues sont à leur place sur les rails. - La figure 5 montre la position des différents éléments, après le déraillement d'une roue vers l'intérieur de la voie. - La figure 6 montre la position des différents éléments, après le déraillement d'une roue vers l'extérieur de la voie. - La figure 7 montre les différents éléments en situation de freinage de détresse. Il est bien évident que ces dessins sont schématisés à l'extrême, leur seule fonction étant d'illustrer le principe de l'invention. Les figures présentées ne peuvent donc en aucun cas être considérées comme des spécifications techniques de construction. Nomenclature des éléments (1) Rail (2) Roue (3) Axe de l'essieu (4) Structure de bogie solidaire des boites d'essieu (5) Elément de liaison (6) Sabot de guidage (6b) Ailes du sabot de guidage (7) Patin d'appui (8) Plot mobile du frein de détresse (8b) Garniture du frein de détresse Version de base L'élément de liaison (5) est constitué par une ou plusieurs pièces mécaniques assurant la fixation sur les structures du bogie (4) solidaires des boites d'essieu, afin que la position du limiteur par rapport aux roues soit fixe. En règle générale, ces pièces de fixation seront métalliques. Elles sont conçues pour résister aux contraintes supportées en cas d'accident. L'élément de guidage est constitué par un sabot rectiligne (6) solidaire de l'élément de liaison, sabot dont la section transversale a la forme approximative d'un large U retourné coiffant le rail et débordant de part et d'autre de ce dernier. En règle générale, le sabot sera métallique. L'élément d'appui est un patin (7), contenu dans le fond du U du sabot de guidage et solidaire de ce dernier. Le patin peut être monobloc ou en plusieurs parties, segmentées ou non. Il est constitué d'une matière ayant un fort coefficient de frottement, telle que celle utilisée habituellement pour les garnitures de freins. Lorsqu'une roue quitte la bande de roulement du rail porteur, cette roue tombe, soit vers l'intérieur, soit vers l'extérieur de la voie. Dans les deux cas le patin d'appui (7) vient porter sur le rail avant que la roue déraillée ne touche les traverses. Dès lors, le poids de la voiture n'est plus supporté par la roue, mais par le limiteur de déraillement. Le guidage de la voiture n'est plus assuré par le boudin de la roue, mais par le sabot de guidage (6). Simultanément, les forces de frottement entre le patin d'appui (7) et le rail ont pour effet de ralentir la voiture, puis de l'immobiliser. Le principe est le même dans tous les cas de figure, qu'il s'agisse d'un accident concernant un seul rail ou les deux rails à la fois.Le dispositif crée ainsi une séquence intermédiaire entre le déraillement des roues et le déraillement du convoi, se traduisant par le glissement sur les rails de la voiture accidentée, ce glissement étant guidé et associé à une décélération. Variante NO 1: Frein de détresse Sur les convois longs et rapides, la poussée des voitures de queue sur la voiture accidentée peut s'avérer excessive. Indépendamment de la fonction anti-déraillement, le dispositif doit alors remplir une fonction complémentaire de frein de détresse sur toutes les voitures du convoi. Pour ce faire le plot (8) et sa garniture (8b), mobiles verticalement, peuvent venir en contact avec le rail sous l'effet d'actionneurs ayant un temps de réponse extremement court. Le convoi se trouve ainsi uniformément retenu par l'arrière, limitant l'effet d'entassement vers les voitures accidentées. La fixation et l'articulation du plot mobile (8) sont de type quelconque. Le système de commande automatique du frein de détresse comporte essentiellement des détecteurs émettant un signal dès qu'une roue quitte sa position normale sur le rail, ainsi que des circuits de transmission et des actionneurs instantanés pour l'ensemble des voitures. Indépendamment du cas de pré-déraillement, le frein de détresse peut s'avérer nécessaire dans d'autres circonstances. Sa mise en oeuvre peut notamment être commandée manuellement par le conducteur de train, ou encore par un signal automatique traduisant une situation critique, telle qu'une vitesse excessive constituant un péril immédiat. Ce signal automatique peut être émis par des détecteurs embarqués ou par des balises au sol. Il convient de noter que la fonction frein de détresse ne s'oppose pas à la fonction anti-déraillement qui reste toujours assurée en dernier ressort. Ce dispositif est complété par des équipements annexes tels que générateurs d'énergie, relais, convertisseurs, déclencheurs, accessoires de désactivation et de restauration du système après un accident, etc.. Variante Ne 2 : Patins d'appui glissants Compte tenu du décalage inévitable entre le pré-déraillement d'une voiture (en général la voiture de tête) et l'action du frein de détresse, l'effet d'entassement peut rester excessif, risquant de soulever les voitures intermédiaires. Dans cette hypothèse, les patins d'appui ralentisseurs (7) sont remplacés par des patins d'appui glissants sur une ou plusieurs voitures de tête du convoi. Les patins d'appui (7) ne sont plus alors constitués d'une garniture de freinage, mais au contraire d'un matériau ayant avec l'acier des rails un faible coefficient de frottement sous forte charge, tel qu'un alliage de bronze. En cas de pré-déraillement, les fonctions sont alors réparties comme suit - La voiture accidentée est maintenue en ligne par les sabots de guidage (6). Elle se met a glisser sur les rails par l'intermédiaire des patins d'appui (7), sans offrir de résistance particulière. - Instantanément, le frein de détresse (8) est mis automatiquement en action sur toutes les voitures non déraillées, retenant ainsi les voitures accidentées jusqu'à l'immobilisation complète du convoi. Variante Ne 3 Le sabot de guidage (6) et le patin d'appui (7) peuvent être constitués d'une pièce unique en matériau de synthèse ayant des caractéristiques mécaniques et thermiques, une résistance à l'usure et un coefficient de frottement appropriés aux contraintes supportées en cas d'accident. Variante NO 4 Les limiteurs de déraillement peuvent être dissociés en plusieurs blocs séparés. On pourra par exemple avoir un bloc pour le pré-déraillement vers l'intérieur de la voie, un bloc pour le pré-déraillement vers l'extérieur de la voie, et un bloc de frein de détresse, ces trois éléments étant situés à des emplacement différents. Différentes versions En fonction des caractéristiques mécaniques et du dimensionnement des différents organes, on peut envisager diverses combinaisons, notamment - Sur les convois courts, de faible tonnage et de faible vitesse, les sabots de guidage (6) et les patins d'appui freinants (7) assurent seuls la double fonction antidéraillement et immobilisation pour l'ensemble du convoi. Cette version peut s'appliquer par exemple aux rames de metro. - Sur les convois moyens, l'entrée en contact d'un patin d'appui quelconque avec le rail à la suite du déraillement d'une roue provoque automatiquement la mise en oeuvre du frein de détresse sur toutes les autres voitures du convoi. Ceci afin de limiter la poussée sur la voiture accidentée. - Sur les convois longs ou rapides, les voitures de tête sont équipées de patins d'appui glissants (7), ayant uniquement pour fonction le maintien en ligne de ces voitures en cas d'accident. Le freinage de détresse pour l'ensemble du convoi est alors assuré par les autres voitures. Compte tenu des contraintes mécaniques et thermiques supportées en cas d'accident, certains composants seront detruits. Les limiteurs de déraillement comportent donc des pièces d'usure qu'il faudra remplacer. De même, il n'est pas exclu que certaines portions de rails soient endommagées. Par ailleurs, la mise en oeuvre de ce procédé peut nécessiter certaines adaptations des infrastructures ferroviaires, comme par exemple un rehaussement du profil des rails ou une modification des brides de fixation des rails sur les traverses. Il peut aussi nécessiter l'équipement des sièges de voyageurs avec des ceintures de sécurité, et dans certains cas l'arrimage du fret. EXPOSE DETAILLE D'UN MODE DE REALISATION L'exemple de solution présenté ci-après concerne un ensemble de limiteurs de déraillement avec frein de détresse. Structure (FIG. X à I) : Chaque limiteur se compose des éléments suivants - Un élément de liaison (5), assurant la fixation sur la structure des bogies (4) solidaire des boites d'essieux - Un sabot de guidage (6) solidaire de (5), sabot dont la longueur est d'environ 50 centimètres et la largeur d'environ 30 centimètres, avec un profil transversal ayant sensiblement la forme d'un U retourné, constitué d'une carcasse apte à supporter des contraintes mécaniques et thermiques sévères - Un patin d'appui (7) solidaire du sabot (6), constitué d'une garniture anti-friction segmentée, ayant une épaisseur et des caractéristiques suffisantes pour supporter la charge et les contraintes d'immobilisation de la voiture - Un frein de détresse constitué d'un plot (8) mobile verticalement, et de sa garniture (8b). Le système commun pour le freinage de détresse se compose des éléments suivants (non représentés) - Des électrodes de détection montées sur le patin (7), électrodes qui permettent l'émission d'un signal électrique en cas de contact avec le rail - Un ensemble de commande et de transmission traitant et acheminant le signal vers toutes les voitures - Sur les limiteurs de déraillement de toutes les voitures, des actionneurs instantanés provoquant l'abaissement du plot mobile (8), afin que sa garniture (8b) vienne en contact avec le rail (1). Parmi d'autres solutions possibles, ces actionneurs peuvent être constitués par des ressorts maintenus comprimés en position d'attente par des servo-moteurs pneumatiques. Le freinage est obtenu a l'aide d'une électrovanne provoquant la mise à l'atmosphère de la chambre du servo-moteur et fermant son admission d'air comprimé. Le desserrage du frein est obtenu par la même électro-vanne qui revient en position attente, en fermant l'échappement à l'air libre et en ouvrant l'admission d'air comprimé dans la chambre du servo-moteur. - Une commande manuelle à la disposition du conducteur de train permettant par ailleurs d'activer le frein de détresse en cas de danger imminent. Dans cet exemple, chaque bogie est équipé de 6 limiteurs de déraillement. Fonctionnement : Dès qu'une roue quitte la bande de roulement de son rail porteur, elle tombe vers les traverses. Le patin d'appui (7) vient en contact avec le rail (1), rail qui se trouve alors emprisonné entre l'aile latérale (6b) du sabot (6) d'une part, et le flanc de la roue (2) d'autre part. Le processus de déraillement est ainsi stoppé. La voiture accidentée se met & glisser sur les rails sans quitter sa trajectoire. Simultanément, le frottement entre le rail (1) et le patin d'appui (7) provoque une décélération de la voiture accidentée, décélération dont l'effet est complété par le frein de détresse (8) activé automatiquement sur toutes les autres voitures. APPLICATION INDUSTRIELLE Le dispositif est applicable à tous les convois ferroviaires, notamment aux trains de voyageurs. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de sécurité pour convois ferroviaires, assurant la double fonction de limiteur de déraillement et de frein de détresse, monté sur les voitures à proximité immédiate des roues et en nombre variable, caractérisé par - un ou plusieurs éléments de liaison (5), assurant la fixation du dispositif sur les structures de bogies (4) solidaires des boites d'essieux - un sabot de guidage rectiligne (6), solidaire de (5) et situé au-dessus du rail, lequel sabot a une section transversale correspondant sensiblement à la forme d'un U retourné - un patin d'appui (7) consistant en une garniture de friction solidaire du sabot (6) et contenue dans celui-ci, lequel patin d'appui vient porter sur le rail lorsque l'ensemble tombe par suite du déraillement d'une roue, empéchant ainsi la roue déraillée de toucher les traverses. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque l'ensemble tombe par suite du déraillement d'une roue et quel que soit le côté de la chute, la tête du rail (1) se trouve automatiquement emprisonnée dans un canal de glissement constitué par lune des ailes (6b) du sabot de guidage (6), le patin d'appui (7) et l'un des flancs de la roue (2). 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une variante de composition, le sabot de guidage (6) contient en son centre un plot (8) mobile verticalement sous l'effet d'un actionneur instantané, lequel plot comporte une garniture à haut coefficient de frottement (8b), l'ensemble formant un frein de détresse agissant directement sur le rail. 4 ) Dispositif selon les revendications l et 3, caractérisé en ce que les actionneurs instantanés des freins de détresse sont commandés automatiquement à distance par des détecteurs de déraillement contrôlant toutes les roues. 5 ) Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les actionneurs instantanés des freins de détresse sont commandés manuellement à distance par le conducteur de train. 6 ) Dispositif selon les revendications l et 3, caractérisé en ce que les actionneurs instantanés des freins de détresse sont commandés automatiquement à distance par des détecteurs d'anomalies diverses telle qu'une vitesse excessive constituant un péril immédiat. 7 ) Dispositif selon les revendications l et 3, caractérisé en ce que, dans une variante de composition, les patins d'appui ralentisseurs (7) des voitures de tête sont remplacés par des patins d'appui glissants, le freinage de détresse étant alors assuré par les autres voitures. 8 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une variante de fabrication, le sabot de guidage (6) et le patin d'appui (7) sont remplacés par un pièce unique en matériau de synthèse ayant des caractéristiques mécaniques et thermiques, une résistance à l'usure et un coefficient de frottement appropriés aux contraintes supportées en cas d'accident. 9 ) Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il peut être dissocié en plusieurs blocs spécialisés situés à des emplacements différents.