Brevet FR2827879A1 — publié le 20030131

L'invention concerne un rail à gorge pour voie ferrée comprenant, dans une partie supérieure, un champignon avec une surface de roulement convexe présentant une table de roulement de faible convexité, une bavette séparée dudit champignon par une gorge, et dans une partie inférieure, un patin présentant une face plane d'appui. Les rails à gorge sont utilisés principalement pour guider des véhicules ferroviaires, en général de type tramway, dans un environnement urbain. Dans ce type de rails, la bande de roulement, ou table de roulement, est en général prévue sans inclinaison par rapport à l'horizontale, ce qui convient à des bandages de roue particuliers, différents de ceux des véhicules ferroviaires empruntant les réseaux classiques inter-urbains. On connaît d'autre part dans l'état de la technique, des rails dits Vignole présentant un champignon dont la table de roulement est orthogonale à l'âme du rail, et posés de manière que la table de roulement soit inclinée avec une pente de 1/20 par rapport à l'horizontale. Pour cela, de tels rails sont posés sur des surfaces inclinées. Cette disposition est impossible dans le cas d'un rail à gorge à cause de la bavette. Une tendance actuelle dans le domaine ferroviaire consiste à assurer une inter-opérabilité des matériels roulants et des superstructures, de sorte que les réseaux urbains (pour tramways) soient raccordables aux réseaux interurbains classiques. Une difficulté majeure réside dans le maintien, dans ces conditions, de critères optimaux de confort pour les passagers et les riverains, en particulier en terme de réduction des nuisances sonores, avec l'utilisation du bandage de roue compatible avec le réseau inter-urbain. En particulier, l'invention vise à permettre le raccordement des' réseaux ferrés en proposant des rails à gorge adaptés pour éviter les discontinuités dans le roulement des véhicules ferroviaires, et pour répondre aux exigences de guidage, de roulement, et de sollicitation des superstructures, tant pour la voie urbaine que pour la voie inter-urbaine. Un objectif important de l'invention est d'assurer, dans une gamme très étendue de vitesse du véhicule ferroviaire, un excellent guidage, notamment dans les courbes de la voie, et de supprimer en voie droite les effets de lacet sur les véhicules, afin de diminuer les nuisances sonores (crissements). Un autre objectif important est de diminuer l'usure des zones de contact entre le rail et la roue. A cet effet, suivant l'invention, la table de roulement présente au point médian de sa section transversale, une tangente inclinée par rapport à la face plane d'appui. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement envisageables : - l'inclinaison a de ladite table de roulement par rapport à la face plane d'appui correspond à une pente de 1/20, - la face interne de la gorge, du côté du champignon, présente une bande plane sensiblement orthogonale à la face plane d'appui, et pouvant être inclinée d'un angle correspondant à une pente au plus égale à 1/20, - ladite bande plane est raccordée à la table de roulement par une portion convexe présentant un rayon de courbure moyen d'environ 13 mm. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, le rail comporte, entre la partie supérieure et la partie inférieure, une partie de transition formée d'une âme présentant un plan médian orthogonal à la face plane d'appui. En variante, il comporte, entre la partie supérieure et la partie inférieure, une partie de transition formée d'une âme présentant un plan médian orthogonal à la table de roulement, et incliné avec une pente de 1/20 par rapport à la verticale. En variante encore, il comporte, entre la partie supérieure et la partie inférieure, une partie de transition dont la section transversale présente une épaisseur importante devant sa hauteur. Comme cela a été évoqué précédemment, un rail à gorge suivant l'invention est particulièrement adapté pour une utilisation dans le cadre de la réalisation d'un réseau ferré en zone urbaine (du type dénommé tramway) ou péri-urbaine (dénommé tram-train ), raccordé à des voies de réseaux interurbains, notamment à des rails du type Vignole . Des modes de réalisation particuliers de l'invention vont maintenant être décrits plus en détail en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe, dans un plan transversal par rapport à sa direction principale longitudinale, d'un rail suivant un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue analogue du rail de la figure 1 et d'une partie de roue de véhicule ferroviaire, du type tram-train, circulant sur une voie ferrée comportant de tels rails ; - la figure 3 est une vue analogue en situation de roulement en courbe de faible rayon du véhicule ferroviaire ; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 1 d'un rail suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 5 est une vue analogue d'un rail suivant un troisième mode de réalisation de l'invention. Un premier mode de réalisation de l'invention est illustré à la figure 1, représentant un profil de rail à gorge pour voie ferrée, ce rail présentant une direction principale longitudinale orthogonale au plan de la figure. Dans le plan de la figure, on a représenté un système d'axes orthogonaux X-X, Z-Z, correspondant respectivement à une ligne horizontale et à la verticale. Le profil du rail est représenté dans sa disposition normale d'utilisation. Le rail comporte une base ou patin 1 dont la face inférieure 2 constitue une face plane d'appui, destinée à reposer sur un support sensiblement horizontal. Le patin 1 définit une partie inférieure du rail, reliée, par l'intermédiaire d'une âme 3 verticale et d'épaisseur faible devant la hauteur totale du rail, à la partie supérieure 5. L'âme 3 est de préférence symétrique par rapport à un plan médian vertical P, représentée par une ligne en trait mixte sur la figure, ce plan P définissant également le plan médian du patin 1. Le rail comporte, dans sa partie supérieure 5, un champignon 7 et une bavette 9, séparés par une gorge 11, de largeur comprise entre 35 et 41 mm et d'une profondeur de l'ordre de 46 mm. Le champignon 7 se présente comme une partie de plus grande épaisseur par rapport à l'âme 3. Il comporte essentiellement une saillie latérale 13 tournée du côté opposé à la bavette 9. Sa face supérieure 15 définit une surface de roulement convexe sur l'essentiel de la surface, avec une section de faible convexité 17, formant table de roulement pour une section correspondante d'une roue de véhicule ferroviaire, comme cela sera illustré aux figures 2 et 3. La table de roulement 17 est une section présentant un rayon de courbure important, typiquement 300 mm, de sorte qu'elle est assimilable à une partie quasi-plane. La bavette 9 est formée de la partie d'extrémité libre sensiblement verticale d'une branche 18 issue de l'âme 3, et dont la partie de raccordement 19 est située sous le champignon 7. La gorge 11 est définie par la partie creuse comprise entre la face interne de la bavette 9 et la face latérale du champignon 7, située en vis-à-vis. Comme cela sera mieux vu sur les figures 2 et 3, la gorge 11 est prévue pour recevoir une partie de roue dite mentonnet , formée par une section cylindrique de plus grand diamètre destinée au guidage du véhicule. La surface interne de la gorge 11 présente une bande plane 21, située du côté du champignon 7, et raccordée, dans sa partie supérieure, à la table de roulement 17 par l'intermédiaire d'une portion convexe 25. La portion convexe 25, conformée sensiblement en portion cylindrique, présente un rayon de courbure moyen d'environ 13 mm. La bande plane 21 est de préférence, comme cela a été représenté, proche de la verticale, c'est-à-dire dans le cas présent, sensiblement orthogonale à la face plane d'appui 2 du patin 1. On considère que la bande plane 21 est proche de la verticale dès lors que son inclinaison par rapport à la verticale correspond à une pente inférieure à 1/20. La table de roulement 17 est inclinée par rapport à la face d'appui 2 du patin 1, de préférence d'un angle d'inclinaison a correspondant à une pente de 1/20. L'inclinaison de la table de roulement 17 est définie par l'inclinaison de la tangente au point médian M de l'arc formé par la section, dans le plan transversal vertical, de la table de roulement 17. Lorsque le rail est en condition d'utilisation, sur le terrain, il est disposé de façon que la pente descendante soit tournée vers l'intérieur de la voie. Sur la figure 1, comme sur les autres figures, a été représenté le rail de gauche d'une voie constituée de deux tels rails. La quasi-verticalité de la bande plane 21 conduit à des conditions optimales en matière d'usure de contact de guidage, et garantit les meilleures conditions d'anti-déraillement. Conjuguée avec l'inclinaison de la table de roulement 17, elle assure une parfaite continuité du roulement, aussi bien supérieure que latérale, dans le cas de raccordement d'une voie urbaine (type tramway) à une voie inter-urbaine classique. Cette continuité facilite en outre les opérations de raccordement entre les deux types de voies, permet d'obtenir par exemple des soudures de meilleure qualité, et ainsi de diminuer l'usure des zones de raccordement et les phénomènes de bruit. Pour pouvoir faire l'objet d'une pose sur traverses réalisées en série, avec un positionnement fixe des patins de rail, le rail à gorge défini précédemment doit respecter des tolérances rigoureuses. En particulier, la distance D entre la bande plane 21 et la face latérale du patin 1 opposée à la bavette 9 doit être tolérancée de façon précise à + 1 mm. Cette tolérance ne peut être obtenue que par une fabrication au laminoir dit universel . Sur les figures 2 et 3, on a représenté le rail de la figure 1 en conditions d'utilisation, dans lesquelles il supporte une roue 30 de véhicule ferroviaire, du type tram-train. La roue 30 présente une série de sections cylindriques ou tronconiques, dont l'une, de plus grand diamètre, définit une section de mentonnet 33, qui est reçue dans la gorge 11. Une section tronconique intermédiaire 35 constitue la bande de roulement de la roue 30 coopérant avec la bande de roulement 17 du rail. Sur la figure 2, on a illustré des conditions de roulement normales, en ligne droite, dans lesquelles la partie de mentonnet 33 est en contact avec la portion convexe 35 et la bande plane 21 de la gorge 11, tandis que sur la figure 3, on a illustré des conditions extrêmes d'inscription en courbe de faible rayon, dans lesquelles le mentonnet 33 vient en butée sur la face interne de la bavette 9. L'inclinaison de 1/20 assure un excellent guidage de la roue 30 sur le rail, avec un contact optimal qui diminue sensiblement les crissements, et améliore le confort des passagers des riverains. La bande plane 21 de la gorge 11 est, outre ce qui a été expliqué précédemment, destinée à assurer un maintien optimal du mentonnet 33 dans la gorge 11. De tels rails présentent l'avantage d'une fabrication aisée, et d'une mise en oeuvre facilitée, du fait notamment qu'ils sont posés à plat, la surface d'appui 2 du patin 1 étant horizontale. En référence à la figure 4, on décrit un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel la partie supérieure 5 et le patin 1 sont identiques à ce qui a été décrit précédemment, en référence à la figure 1. Seule diffère l'âme 103, qui présente dans ce cas un plan médian P incliné par rapport à la verticale Z-Z de l'angle d'inclinaison a de la table de roulement 17 par rapport à l'horizontale X-X. Comme dans le cas précédent, l'angle a correspond à une pente de 1/20. En d'autres termes, l'inclinaison de la table de roulement 17 par rapport à l'horizontale X-X est obtenue par l'inclinaison de l'âme 103 par rapport à la verticale Z-Z, et le plan médian P est orthogonal à la table plane de roulement 17. Dans les modes de réalisation des figures 1 et 4, les parties en creux situées de part et d'autre de l'âme 3,103 constituent des chambres de raccordement mécanique du rail par éclissage, destinées à recevoir les éclisses (non-représentées). Dans le mode de réalisation de la figure 5, le rail est un profil bas dit trapu , c'est-à-dire qu'il comporte une partie de transition 203 épaisse entre la partie supérieure 5 et le patin 1, constituée d'une section d'épaisseur importante devant sa hauteur. Là encore, la partie supérieure 5 du rail est identique à ce qui a été décrit précédemment, et ne sera pas décrite à nouveau. Il en va de même du patin 1. Ce rail de faible hauteur est plus particulièrement adapté à une utilisation en milieu urbain, dans laquelle le rail est encastré dans la chaussée, seule la partie supérieure 5 affleurant au niveau du sol et permettant une économie au niveau des revêtements. REVENDICATIONS 1. Rail à gorge pour voie ferrée comprenant, dans une partie supérieure (5), un champignon (7) avec une surface de roulement convexe présentant une table de roulement de faible convexité (17), une bavette (9) séparée dudit champignon (7) par une gorge (11), et dans une partie inférieure : un patin (1) présentant une face plane d'appui (2), caractérisé en ce que ladite table de roulement (17) présente au point médian de sa section transversale, une tangente inclinée par rapport à la face plane d'appui (2). 2. Rail à gorge suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'inclinaison (a) de ladite table de roulement (17) par rapport à la face plane d'appui (2) correspond à une pente de 1/20. 3. Rail à gorge suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la face interne de la gorge (11), du côté du champignon (7), présente une bande plane (21) sensiblement orthogonale à la face plane d'appui (2), et pouvant être inclinée d'un angle correspondant à une pente au plus égale à 1/20. 4. Rail à gorge suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite bande plane (21) est raccordée à la table de roulement (17) par une portion convexe (25) présentant un rayon de courbure moyen d'environ 13 mm. 5. Rail à gorge suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, entre la partie supérieure (5) et la partie inférieure (1), une partie de transition (3) formée d'une âme présentant un plan médian (P) orthogonal à la face plane d'appui (2). 6. Rail à gorge suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, entre la partie supérieure (5) et la partie inférieure (1), une partie de transition (103) formée d'une âme présentant un plan médian (P) orthogonal à la table de roulement (17), et incliné avec une pente de 1/20 par rapport à la verticale. 7. Rail à gorge suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, entre la partie supérieure (5) et la partie inférieure (1), une partie de transition (203) dont la section transversale présente une épaisseur importante devant sa hauteur. 8. Utilisation d'un rail à gorge suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour la réalisation d'un réseau ferré en zone urbaine ou péri-urbaine, éventuellement raccordé à des voies à rails de type Vignole .