Brevet FR2849454A1 — publié le 20040702

L'invention concerne un appareil de voie en rail à gorge dont chaque profil comprend, dans une partie inférieure, une face plane d'appui sur un support, et dans une partie supérieure, une surface de roulement. De tels appareils de voie sont prévus pour être associés à des rails également de type à gorge, qui sont utilisés principalement pour guider des véhicules ferroviaires dans un environnement urbain, par exemple des tramways ou des tram-trains. Dans ce type de voies, la bande de roulement, ou surface de roulement, est en général prévue sans inclinaison par rapport à l'horizontale, ce qui convient à des bandages de roues particuliers, différents de ceux des véhicules ferroviaires empruntant les réseaux classiques inter-urbains. Récemment, des rails avec table de roulement inclinée ont été développés, et certains réseaux ont envisagé de poser les rails classiques à table de roulement horizontale, sur certains tronçons, sur des supports permettant d'obtenir une inclinaison. Toutefois, les appareils de voie produits jusqu'à présent n'assurent pas la continuité du roulement. De plus, une tendance actuelle dans le domaine ferroviaire consiste à assurer une inter-opérabilité des matériels roulants et des superstructures, de sorte par exemple 25 que les réseaux urbains (pour tramways) soient raccordables au réseau inter-urbain classique. 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, 30 avec l'utilisation du bandage de roue compatible avec le réseau inter-urbain. La présente invention vise donc à améliorer les performances des appareils de voie en terme de continuité de roulement, et à permettre le raccordement des réseaux ferrés en répondant aux exigences de guidage, de roulement, et de sollicitation des super-structures, tant pour la voie urbaine que pour la voie inter-urbaine. A cet effet, dans un appareil de voie suivant 5 l'invention, chaque surface de roulement est inclinée par rapport à la face plane d'appui d'un même angle non nul, de façon à assurer une continuité de roulement avec des conditions d'inclinaison uniformes. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de 10 l'appareil de voie suivant l'invention: - chaque surface de roulement est inclinée par rapport à la face plane d'appui avec une pente de 1/20 ou 1/40, ou de tout angle utilisé dans un réseau national de chemin de fer i - il comprend un ou des coeur(s) de croisement ou de traversée, et/ou des aiguilles; et il est réalisé au moins partiellement en acier austénitique. L'invention concerne également un ensemble de voie 20 ferrée comprenant un rail et un appareil de voie en rail à gorge, ledit appareil de voie étant raccordé audit rail et étant tel que décrit précédemment, ledit rail ayant un profil au moins partiellement correspondant à celui de l'appareil de voie, ledit profil de rail comprenant un cham25 pignon ayant une surface de roulement. Ladite surface de roulement du rail est inclinée par rapport à la face plane d'appui de l'appareil, de façon que la surface de roulement du profil d'appareil de voie soit, ou puisse être durant le fonctionnement de l'appareil de voie, alignée avec celle du 30 profil du rail. De préférence, le rail a un profil identique à celui de la partie d'appareil de voie à laquelle il est raccordé. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un appareil de voie tel que décrit précédemment, dans lequel ledit profil est obtenu par les opérations successives suivantes: - une opération de laminage ou de moulage permettant de former un profil intermédiaire ayant une surface de rou5 lement sensiblement parallèle à la face plane d'appui; et - une opération d'usinage du profil intermédiaire au niveau de la surface de roulement pour donner à celle-ci une inclinaison par rapport à la face plane d'appui. Des modes de réalisation particuliers de l'invention 10 vont maintenant être décrits plus en détail, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue de dessus d'un branchement à deux voies pour voie ferrée en rail à gorge, selon l'invention; - la Figure 2 est une vue de section agrandie, suivant la ligne 2-2, de l'appareil de la Figure 1 sur laquelle est représentée partiellement une roue d'un véhicule ferroviaire; - les Figures 3A, 3B, 3C sont des vues analogues, 20 respectivement suivant trois modes de réalisation de l'invention, de la partie d'aiguillage de l'appareil de la Figure 1 suivant la ligne 3-3; la Figure 4 est une vue de la partie intermédiaire, analogue à la Figure 2, suivant la ligne 4-4 indi25 quée sur la Figure 1; et - les Figures 5A et 5B sont des vues analogues suivant la ligne 5-5 indiquée sur la Figure 1, de la partie de croisement, suivant respectivement deux modes de réalisation de l'invention. Sur la Figure 1, on a représenté un branchement à deux voies 1 conforme à l'invention. Les branchements à deux voies de type connu constituent les appareils de voie les plus courants et, bien qu'elle s'applique à tous les types d'appareils de voie, l'invention sera décrite pour ce type particulier d'appareils. Un tel appareil de voie comprend essentiellement une partie d'aiguillage 3, une partie intermédiaire 4, et une partie de croisement 5. A l'extrémité libre de la partie d'aiguillage 3, l'appareil 1 présente une section d'entrée 7 identique à la voie courante, c'est-à-dire réalisée comme un rail de profil identique à celui du rail 9 (en traits pointillés) auquel 10 l'appareil est destiné à être relié. Dans la partie de croisement 5, l'appareil est pourvu d'un coeur de croisement 10. Les profils de cette section d'entrée 7 sont représentés sur la Figure 2. On verra qu'ils sont identiques à 15 ceux représentés sur la Figure 4, correspondant à la partie intermédiaire 4, ainsi qu'à ceux, par exemple, de l'extrémité libre de la partie de croisement 5, destinée elle aussi à être raccordée à des rails respectifs 11 (représentés en traits pointillés). On se réfère maintenant à la Figure 2, représentant deux profils 15, 17 de rail à gorge pour voie ferrée, symétriques l'un de l'autre par rapport à un plan médian vertical S, et présentant une direction principale longitudinale orthogonale au plan de la Figure. Seul le profil 15 repré25 senté du côté gauche de la Figure sera décrit, le profil 17 figurant à droite ayant été représenté supportant une partie 19 de roue de véhicule ferroviaire. Dans le plan de la Figure, on a représenté un système d'axes orthogonaux X-X, Z-Z, correspondant respective30 ment à une ligne horizontale et à la verticale. Le profil est représenté dans sa disposition normale d'utilisation. Le profil 15 comporte une base ou patin 21 dont la face inférieure 22 constitue une face plane d'appui, destinée à reposer sur un support sensiblement horizontal. Le pa- tin 21 définit une partie inférieure du profil, reliée, par l'intermédiaire d'une âme 23 verticale et d'épaisseur faible devant la hauteur totale du profil, à la partie supérieure 25. L'âme 23 est de préférence symétrique par rapport à un 5 plan médian vertical P, représentée par une ligne sur la figure, ce plan P définissant également le plan médian du patin 21. Le profil 15 comporte, dans sa partie supérieure 25, un champignon 27 et une bavette 29, séparés par une gorge 10 31, de largeur comprise entre 35 et 41 mm et d'une profondeur de l'ordre de 46 mm. Le champignon 27 se présente comme une partie de plus grande épaisseur par rapport à l'âme 23. Il comporte essentiellement une saillie latérale 33 tournée du côté op15 posé à la bavette 29. Sa face supérieure 35 définit une surface de roulement convexe sur l'essentiel de la surface, avec une section de faible convexité 37, formant table de roulement pour une section correspondante d'une roue de véhicule ferroviaire, comme cela est illustré du côté droit de 20 la Figure. La table ou surface de roulement 35 est une section présentant un rayon de courbure important, typiquement 200 mm, de sorte qu'elle est assimilable à une partie quasiplane. La bavette 29 est formée de la partie d'extrémité 25 libre sensiblement verticale d'une branche 38 issue de l'âme 23, et dont la partie de raccordement 39 est située sous le champignon 27. La gorge 31 est définie par la partie creuse comprise entre la face interne de la bavette 29 et la face la30 térale du champignon 27, située en vis-à-vis. Comme cela apparaît du côté droit de la Figure, la gorge 31 est prévue pour recevoir une partie de roue dite " mentonnet " 32, formée par une section cylindrique de plus grand diamètre destinée au guidage du véhicule. La surface interne de la gorge 31 présente une bande plane 41, située du côté du champignon 27, et raccordée, dans sa partie supérieure, à la table de roulement 37 par l'intermédiaire d'une portion convexe 45. La portion convexe 5 45, conformée sensiblement en portion cylindrique, présente un rayon de courbure moyen d'environ 13 mm. La bande plane 41 est de préférence, comme cela a été représenté, légèrement inclinée par rapport à la verticale. De préférence, l'inclinaison de la bande plane 41 par 10 rapport à la verticale correspond à une pente de l'ordre de 1/20. La table de roulement 37 est inclinée par rapport à la face d'appui 22 du patin 21, de préférence d'un angle d'inclinaison ax correspondant à une pente de 1/20, ou de 15 1/40, ou de tout autre angle utilisé dans un réseau national de chemin de fer. L'inclinaison de la table de roulement 37 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 37. Lorsque l'appareil 1 20 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, c'est-à-dire vers le plan de symétrie S. La légère inclinaison de la bande plane 41 conduit à 25 des conditions optimales en matière d'usure de contact de guidage, et garantit les meilleures conditions d'antidéraillement. Conjuguée avec l'inclinaison de la table de roulement 37, elle assure une parfaite continuité du roulement, aussi bien supérieure que latérale, dans le cas de 30 raccordement d'une voie urbaine (type tramway) à une voie inter- urbaine classique. Cette continuité facilite en outre les opérations de raccordement avec les deux types de voies, permet d'obtenir par exemple des soudures de meilleure qua- lité, et ainsi de diminuer l'usure des zones de raccordement et les phénomènes de bruit. Sur les Figures 3A, 3B, 3C, on a représenté des profils de la partie d'aiguillage 3, réalisés suivant une 5 conception respectivement monobloc, " semi-monobloc " avec assemblage par soudure, et " semi-monobloc " avec assemblage par boulonnage. En se référant plus particulièrement à la Figure 3A, le profil d'aiguillage 60 comprend un bloc fixe 61, et une 10 aiguille 62 susceptible de mouvement de débattement horizontal par rapport au bloc fixe 61. Le bloc fixe 61 a, dans sa partie inférieure, un " patin " 63 (terminologie adoptée dans cette description par analogie avec le " patin " du rail) définissant une face 15 plane d'appui horizontal et, dans sa partie supérieure, un " champignon " fixe 65 (dénomination également adoptée par analogie) pourvu d'une face supérieure 67 qui définit une table de roulement fixe. La table de roulement fixe 67 est inclinée par rapport à l'horizontale de l'angle a., qui est 20 aussi l'inclinaison de la table de roulement de la section d'entrée 7 et du rail 9. Le bloc fixe 61 présente aussi, décalé latéralement par rapport au champignon fixe 65, un bord en saillie verticale 69. Le champignon fixe 65 et le bord 69 ménagent entre 25 eux une gorge 71 à fond plat horizontal 73, dans laquelle peut se débattre horizontalement l'aiguille 62 en appui sur le fond 73. L'aiguille 62 a une face supérieure plane 75 définissant une table de roulement mobile. Cette table de roule30 ment mobile 75 se situe au même niveau que la table de roulement fixe 67, et s'étend parallèlement à cette dernière, c'est-à-dire avec la même inclinaison d'angle a par rapport à l'horizontale et à la face inférieure du patin 63. On comprend que la table de roulement fixe 67 est alignée avec celle du profil du rail, c'est-à-dire avec celle du profil de la section d'entrée 7, et que la table de roulement mobile 75 peut être, durant le fonctionnement de l'aiguillage, alignée avec celle du profil du rail 9. Le profil d'aiguillage 80 représenté à la Figure 3B ne se distingue de celui de la Figure 3A qu'en ce que le bloc fixe 61 n'est pas réalisé d'une pièce, mais comprend une poutre en L rapportée formant bord 89, solidarisée au 10 reste du bloc fixe 61 par l'intermédiaire d'une bande horizontale 91 définissant une partie du fond 73. La bande 91 est soudée d'une part au bloc fixe 61, et d'autre part au bord 89 dans une région médiane de sa hauteur. Le patin 63 est formée par l'une et l'autre des faces inférieures du 15 bloc fixe 61 et de la poutre 89. Sur la Figure 3C, on a représenté une autre structure d'aiguillage dite " semi-monobloc ", comme celle de la Figure 3B. Le profil 100 de cette structure est réalisé à partir d'un bloc fixe 61, constitué d'un profil du type de 20 celui de la voie courante 9, 11, par exemple de type Vignole ou à gorge (avec la partie de bavette représentée en pointillés), et d'une pièce rapportée 109 formant bord latéral. La pièce rapportée 109 définit, avec le bloc fixe 61, le patin 63. Elle comporte un bras horizontal 111 formant le fond 25 de la gorge 71. La pièce rapportée 109 est fixée au bloc fixe 61 par un boulon 113 d'axe horizontal. Sur la Figure 4, on a représenté les profils de voie intermédiaire, tels qu'ils apparaissent dans le plan de section 4-4 indiqué sur la Figure 1. On comprend que les profils représentés correspondent, pour une première paire symétrique par rapport au plan médian vertical de la voie, à la voie droite 121, et pour une deuxième paire symétrique, à la voie déviée 122. Chacun des profils est identique à l'un respectif des profils de voie d'entrée d'apparition ou courante, représentés à la Figure. 2. Ces profils ne seront donc pas décrits à nouveau. On se réfère à présent à la Figure 5A, qui représente une section du coeur de croisement 10 suivant un premier mode de réalisation. Dans ce premier mode de réalisation, le profil 160 est symétrique suivant l'axe médian vertical Z. Il est essentiellement constitué d'un bloc massif 10 161 pourvu, dans sa partie inférieure, d'un patin définissant sur sa face inférieure, une surface d'appui plan horizontal 163. Dans sa partie supérieure, le bloc 161 est pourvu de deux bords latéraux 169 formant champignons, et d'un pavé central 171 formant aussi champignon. Une gorge 173 est 15 formée entre le pavé central 171 et chaque bord latéral 169. Le patin 162 est formé en deux parties du fait de la présence d'une rainure centrale 175 ouverte sur la face inférieure du bloc 161. La face supérieure 177 de chaque champignon latéral 20 169 définit une table de roulement plane, ou quasi-plane, qui est inclinée de l'angle ax identique à celui indiqué précédemment par rapport à l'horizontale. Les faces supérieures latérales 177 sont inclinées de façon à être tournées vers l'axe central Z du bloc 161. De la même façon, de part et d'autre de l'axe central vertical Z, le pavé central 171 présente une face supérieure 179 plane ou quasi-plane inclinée de l'angle a, identifié précédemment, par rapport à l'horizontale. Chaque face supérieure centrale 179 est inclinée de façon à être tournée 30 vers la face supérieure latérale 177 située du même côté de l'axe central vertical Z. Sur la Figure 5B, on a représenté un profil 180 correspondant à une section, suivant la ligne 5-5 indiquée sur la Figure 1, du coeur de croisement 10, selon un deuxième mode de réalisation. Le profil 180 ne diffère de celui 160 représenté sur la Figure 5A, qu'en ce qu'il est constitué essentiellement d'un bloc 180 creux obtenu par fonderie ayant la même forme extérieure, notamment des faces supé5 rieures 177, 179 identiques. Le profil de ce mode de réalisation particulier ne sera donc pas décrit plus en détail. Les pièces constituant l'appareil de voie 1 peuvent être réalisées par une opération de laminage ou de moulage, 10 permettant de former un profil de produit intermédiaire ayant une table de roulement 67, 177, 179 sensiblement plane, et parallèle à la face plane d'appui du patin 22, 63, 163; et ensuite par une opération d'usinage du profil de produit intermédiaire au niveau de la table de roulement, 15 pour donner à celleci l'inclinaison a par rapport à la face plane d'appui. En particulier, les aiguilles 62 peuvent être usinées à partir de laminé marchand en acier de résistance similaire à celle du rail, éventuellement en acier spécial à 20 haute résistance, et enfin dans certains cas en acier moulé austénitique à 12/14% de manganèse (Mn). Dans tous les cas cités précédemment, la surface de roulement de l'aiguille est usinée avec une inclinaison identique à celle de la voie courante. Il en va de même des " contre-aiguilles " appelés champignons fixes 65 dans la description qui précède, qui sont usinés à partir de profils spéciaux laminés ou moulés en acier de résistance similaire à celle du rail, éventuellement en rail à gorge (comme représenté sur la Figure 3C). 30 Dans tous les cas, la surface de roulement 67 d'un contreaiguille est usinée avec une inclinaison a identique à celle de la voie courante. L'obtention de l'inclinaison de la table de roulement par une opération d'usinage est particulièrement inté- ressante du fait que le volume d'appareils de voie en rail à gorge à produire annuellement est faible, que la longueur des aiguilles est relativement courte, et que le raccordement au niveau du talon est particulier. Il est donc diffi5 cile d'obtenir une aiguille à table de roulement inclinée directement par laminage. En ce qui concerne le coeur de croisement 10, celuici est réalisé à partir de profil spécial en acier de résistance similaire à celle du rail, éventuellement en acier 10 moulé austénitique à 12/14% de Mn, à embout soudable ou en rail assemblé par soudure et boulonnage. L'inclinaison des tables de roulement 177, 179 est obtenue soit directement par moulage, soit par une opération supplémentaire d'usinage. Les parties d'appareil ayant un profil identique à la voie courante peuvent être réalisées avec une table de roulement inclinée, directement par une ou des opération(s) de laminage, sans opération d'usinage supplémentaire. Les rails servant à réaliser les tronçons en voie 20 courante peuvent avoir subi un traitement thermique préalable à l'assemblage, pour augmenter la dureté de la table de roulement. De même, les aiguilles et les coeurs peuvent avoir subi un traitement de pré-écrouissage pour augmenter la du25 reté de la table de roulement. Les rails à gorge peuvent avoir subi un traitement anti-usure ou anticrissement, par exemple par un dépôt sur la table de roulement d'un cordon inox. L'invention qui vient d'être décrite permet 30 l'utilisation, dans les appareils de voie en rail à gorge, de pièces en acier moulé austénitique à embout soudable, du type coeurs de voie ou aiguilles, pouvant être soudées, lors de la pose en voie, aux rails intermédiaires (ou de voie courante) par un procédé traditionnel tel que l'aluminothermie. Les réseaux ferrés équipés de tels appareils de voie peuvent alors bénéficier des mêmes qualités techniques que 5 les réseaux nationaux inter-urbains, en évitant la discontinuité dans le roulement de véhicules ferroviaires, et répondre aux exigences de guidage, de roulement et de sollicitation des super-structures. Il est ainsi possible d'obtenir des critères optimaux de confort pour les passagers et les 10 riverains, en particulier en terme de réduction des nuisances sonores. L'invention assure également, dans une gamme très étendue de vitesse du véhicule ferroviaire et de sollicitation, une diminution importante de l'usure dans les zones de 15 contact entre les roues et les aiguilles, et de façon plus encore significative dans la zone de contact et de roulement dans les coeurs de voie. REVENDICATIONS 1. Appareil de voie en rail à gorge (1) dont chaque profil (15, 17, 60, 80, 100, 121, 122, 160, 180)comprend, dans une partie inférieure, une face plane (22, 63, 163) 5 d'appui sur un support, et dans une partie supérieure, une surface de roulement (37, 67, 75, 177, 179), caractérisé en ce que chaque surface de roulement est inclinée par rapport à la face plane d'appui (22, 63, 163) d'un même angle (a) non nul, de façon à assurer une continuité de roulement avec 10 des conditions d'inclinaison uniformes. 2. Appareil de voie suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque surface de roulement (37, 67, 75, 177, 179) est inclinée par rapport à la face plane d'appui (22, 63, 163) avec une pente de 1/20 ou 1/40, ou de tout an15 gle utilisé dans un réseau national de chemin de fer. 3. Appareil de voie suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un ou des coeur(s) de croisement (10) ou de traversée, et/ou des aiguilles (62). 4. Appareil de voie suivant l'une quelconque des re20 vendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moins partiellement en acier austénitique. 5. Ensemble de voie ferrée comprenant un rail (9, 11) et un appareil de voie en rail à gorge (1), ledit appareil de voie (1) étant raccordé audit rail (9, 11) et étant 25 conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, ledit rail (9, 11) ayant un profil au moins partiellement correspondant à celui de l'appareil de voie (1), ledit profil de rail comprenant un champignon ayant une surface de roulement, caractérisé en ce que ladite surface de roulement du 30 rail est inclinée par rapport à la face plane d'appui de l'appareil, de façon que la surface de roulement (37, 67, 75, 177, 179) du profil d'appareil de voie soit, ou puisse être durant le fonctionnement de l'appareil de voie, alignée avec celle du profil du rail (9, 11). 6. Ensemble de voie ferrée suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le rail (9, 11) a un profil identique à celui de la partie d'appareil de voie (1) à laquelle il est raccordé. 7. Procédé de fabrication d'un appareil de voie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit profil (15, 17, 60, 80, 100, 121, 122, 160, 180) est obtenu par les opérations successives suivantes - une opération de laminage ou de moulage permettant 10 de former un profil intermédiaire ayant une surface de roulement sensiblement parallèle à la face plane d'appui; et - une opération d'usinage du profil intermédiaire au niveau de la surface de roulement pour donner à celle-ci une inclinaison (a) par rapport à la face plane d'appui (22).