Brevet FR2875206A1 — publié le 20060317

La présente invention concerne les freins de voie utilisés pour ralentir les wagons de chemin de fer lors des opérations de tri en gare de triage. Dans les gares de triage, les wagons sont conduits et poussés du haut d'une légère s bosse et rejoignent, grâce à l'élan ainsi provoqué, la voie sur laquelle se situe le convoi auquel ils doivent être rattachés. Afin de ne pas percuter violemment l'élément de la rame qui les précède, ce qui pourrait les endommager et engendrer un déraillement, ces wagons sont freinés progressivement et de façon manuelle par des agents qui actionnent à cet effet une sorte de mâchoire située sur le rail et qui vient s'appliquer sur les roues des wagons, le frottement ainsi produit permettant d'en assurer le ralentissement. Les freins de voie comprennent une série de mâchoires de longueur d'environ deux mètres chacune, disposées sur une longueur de vingt mètres de part et d'autre de chacun des deux rails de la voie. Quand un wagon passe, les freins resserrent leurs mâchoires sur les flancs des roues du wagon et freinent le wagon. Les roues et les patins des mâchoires étant généralement en acier, le freinage est extrêmement bruyant. Ainsi, le niveau sonore des mâchoires atteint 120 dB à un mètre de distance, ce qui constitue une grande nuisance, surtout pour les agents du triage, presque préjudiciable à leur santé, alors que les casques sont prohibés pour des raisons de sécurité. A titre de comparaison, un train à grande vitesse (TGV) lancé à 300 km/h provoque un niveau sonore de 98 dB(A) à 7,5 m. Diverses solutions visant à réduire cette nuisance sonore ont été proposées: - la disposition d'écrans acoustiques, ce qui est toujours difficile à mettre en oeuvre car les agents doivent pouvoir voir les wagons; - l'utilisation de patins recouverts de matériaux spéciaux tels que ceux de la marque protégée Ferrodo, ce qui est moins efficace en freinage et surtout très coûteux à cause de leur usure rapide; l'utilisation de patins en fonte, aussi efficace que ceux en acier et moins bruyants, mais qui sont à remplacer fréquemment. On a pu proposer aussi un procédé de modification des caractéristiques sonores de freinage des patins sur les flancs des roues, sans grandement en modifier le coefficient de frottement, par pulvérisation de produits spéciaux, mais, là encore, si le procédé est efficace, il est coûteux et présente en plus l'inconvénient de polluer l'environnement. Bref, aucune des solutions actuelles n'étant réellement satisfaisante, la demanderesse en a cherché une autre, et c'est alors qu'elle a eu l'idée de son invention. A cet effet, la présente invention concerne un frein de voie pour freiner des wagons de chemin de fer, comportant deux séries de mâchoires disposées de part et d'autre de chaque rail de la voie et équipées de patins pour serrer les roues desdits wagons, caractérisé par le fait que lesdits patins sont usinés sur leur face de freinage pour empêcher la propagation longitudinale des vibrations le long des séries de mâchoires. Lors du freinage, les mâchoires ne vibrent plus sur toute leur longueur et à des fréquences beaucoup plus élevées et de niveau sonore beaucoup plus faible. Les mâchoires peuvent avantageusement être garnies de patins en acier tout en étant cependant beaucoup moins bruyantes, de l'ordre de 87 dB(A) comme l'a montré l'expérimentation. De préférence, les patins sont usinés dans leur épaisseur selon des rainures sensiblement transversales à la direction des rails et qui sont ouvertes à leurs deux extrémités. De préférence encore, les rainures transversales des patins sont inclinées, avantageusement selon un angle déterminé par les trajectoires montantes ou descendantes d'éléments de surface des flancs des roues quand celles-ci roulent sur le rail associé. Avantageusement, l'angle d'inclinaison est d'environ sept degrés. On peut noter que ces rainures sont matérialisées, et cela est remarquable, par les rayures provoquées par les roues sur les patins lors du freinage, dans leur mouvement de rotation. En quelque sorte, le rainurage est conforme au dessin de ces rayures. Avantageusement encore, les mâchoires portant, pour chaque rail, un jeu de patins externes et un jeu de patins internes opposés, les rainures des patins opposés sont parallèles et le frein de voie étant divisé en tronçons de frein de voie, les rainures des patins appartenant à un même tronçon sont parallèles. Avantageusement toujours, le frein de voie comporte des tronçons comportant des patins ayant des rainures inclinées dans un sens montant et des tronçons comportant des patins ayant des rainures inclinées dans un sens descendant, ces tronçons étant disposés de façon alternée un à un ou par groupe. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la foilne de réalisation préférée du frein de voie selon l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente une vue de dessus d'une voie de chemin de fer équipée du frein de voie; - la figure 2 représente une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 d'une portion d'une roue de wagon sur un rail entre les mâchoires du frein de voie et - la figure 3 représente une vue de profil d'un patin de mâchoire du frein de voie. En référence à la figure 1, une voie 1 comporte deux rails 2 reposant sur des traverses 3 et un frein de voie 4, ici d'une longueur de 20 mètres, divisé en tronçons de frein de voie 5 de 2 mètres entre son entrée et sa sortie, pour freiner un wagon de chemin de fer (non représenté). Chaque tronçon 5 du frein de voie 4 comporte, de part et d'autre de chaque rail 2, deux mâchoires 6 externe et interne situées en regard l'une de l'autre de façon à pouvoir serrer les flancs 11, 12 d'une roue 10 du wagon lors de son passage, comme représenté sur la figure 2. Chaque mâchoire 6 comporte un jeu de patins 7. De chaque côté du rail, les mâchoires externes et internes opposées sont agencées pour serrer, par l'intermédiaire de leurs patins 7, les joues 1 l et 12 de la roue 10. Les patins sont en acier, le même matériau que les roues, ce qui assure de bonnes qualités de freinage. En référence à la figure 3, les patins 7 sont usinés, plus exactement fraisés dans leur épaisseur depuis leur face de freinage, selon des rainures 9 de section rectangulaire destinées à empêcher la propagation longitudinale des vibrations le long de la série de mâchoires selon la direction 20 des rails. Les rainures 9 sont sensiblement transversales à la direction 20 et sont ouvertes à 15 leurs deux extrémités 9', 9". La profondeur p et l'écartement L des rainures 9 sont tels que, lors du freinage, pour les vibrations longitudinales, les parties intermédiaires 13 du patin 7 entre les rainures sont isolées les unes des autres. La largeur 1 des rainures 9 tient compte de l'optimisation des opérations d'usinage et de l'efficacité du freinage. Ainsi, la profondeur des rainures 9 est telle que l'épaisseur résiduelle e du patin 7 est suffisamment souple pour amortir les vibrations longitudinales et suffisamment rigide pour lui conserver une teneur mécanique en accord avec son montage sur une mâchoire 6. L'écartement L peut, lui, être du même ordre de grandeur que la hauteur H du patin 7, ce qui permet de filtrer au mieux les vibrations longitudinales relativement aux vibrations transversales. Il est préférable que les rainures 9 soient inclinées sur la verticale, perpendiculaire à la direction des rails selon un angle a comme indiqué sur la figure 3. Cette inclinaison peut être positive (+a) dans le sens de la marche ou négative (-a). Quand elle est positive, elle correspond aux rayures sinon provoquées par les trajectoires montantes des éléments de surface arrière des joues 11 et 12 des roues 10 lorsqu'elles roulent sur le rail 2. Quand elle est négative, elle correspond aux rayures provoquées par les trajectoires descendantes des éléments de surface avant des joues 11 et 12 des roues 10 lorsqu'elles roulent sur le rail 2. Par éléments de surface avant ou arrière des joues des roues, on entend les i 0 éléments de surface des joues 11 ou 12 de la roue 10 en avant ou en arrière de la verticale du moyeu (non représenté) de la roue. Quand la roue roule sur le rail depuis le côté entrée vers le côté sortie du frein de voie, les éléments de surface avant descendent (trajectoires descendantes) vers le sol et rayent le patin selon des rayures inclinées négativement, et les éléments de surface arrière montent (trajectoires montantes) du sol et rayent le patin selon des rayures inclinées positivement. Pour la géométrie ordinaire des roues 10 des wagons de chemin de fer, l'angle a est d'environ sept degrés dans un sens ou dans l'autre. Les angles +/- a sont ainsi matérialisés, avant rainurage, par les rayures laissées par les roues dans leur mouvement de rotation sur les patins lors du freinage. Les rainures 9 des patins 7 appartenant à un même tronçon 5 sont parallèles entre 25 elles, c'est-à-dire toutes inclinées soit positivement soit négativement. Comme, sur un même tronçon 5, on ne peut pas réaliser des rainures 9 inclinées et positivement et négativement, entre l'entrée et la sortie du frein de voie, on dispose des tronçons 5 comportant des patins ayant des rainures inclinées positivement ou dans un sens montant, et des patins ayant des rainures inclinées négativement ou dans un sens descendant, ceci de façon alternée un à un ou par groupe. REVENDICATIONS 1.- Frein de voie (4) pour freiner des wagons de chemin de fer, comportant deux séries de mâchoires (6) disposées de part et d'autre de chaque rail (2) de la voie s (1) et équipées de patins (7) pour serrer les roues (10) desdits wagons, caractérisé par le fait que lesdits patins (7) sont usinés sur leur face de freinage (8) pour empêcher la propagation longitudinale des vibrations le long (20) des séries de mâchoires. 2.- Frein de voie selon la revendication 1, dans lequel les patins (7) sont en acier. 3.- Frein de voie selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les patins (7) sont usinés dans leur épaisseur selon des rainures (9) sensiblement transversales à la direction (20) des rails. 4.- Frein de voie selon la revendication 3, dans lequel les rainures transversales (9) débouchent de part (9') et d'autre (9") des patins (7). 5.- Frein de voie selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel les rainures transversales (9) des patins (7) sont usinées selon une profondeur (p) suffisante pour que, pour les vibrations longitudinales, les parties intermédiaires (13) entre les rainures (9) soient isolées les unes des autres. 6.- Frein de voie selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel les rainures 25 transversales (9) sont inclinées sur la direction (2) des rails. 7.- Frein de voie selon la revendication 6, dans lequel les rainures (9) sont inclinées d'un angle (a) qui est déterminé par les trajectoires montantes ou descendantes d'éléments de surface des flancs (11, 12) des roues (10) quand celles-ci roulent sur le rail (2). 8.- Frein de voie selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel l'angle d'inclinaison (a) des rainures (9) est d'environ sept degrés. 9.- Frein de voie selon l'une des revendications 3 à 8, dans lequel, les mâchoires (6) portant pour chaque rail (2) un jeu de patins (7) externes et un jeu de patins (7) internes opposés, les rainures (9) des patins (7) opposés sont parallèles. 10.- Frein de voie selon l'une des revendications 3 à 9, dans lequel, le frein de voie (4) étant divisé en tronçons de frein de voie (5), les rainures (9) des patins (7) appartenant à un même tronçon (5) sont parallèles. 11.- Frein de voie selon l'une des revendications 3 à 10, dans lequel il est prévu i o des tronçons de frein de voie (5) comportant des patins (7) ayant des rainures (9) inclinées dans un sens montant et des tronçons de frein de voie (5) comportant des patins (7) ayant des rainures (9) inclinées dans un sens descendant, ces tronçons (5) étant disposés de façon alternée un à un ou par groupe dans le frein de voie (4).