Brevet FR3067046A1 — publié le 20181207

Domaine technique La présente invention concerne un rail de chemin de fer dont le champignon, disposé sur un coussinet élastique amortisseur de chocs et de vibrations, est démontable et interchangeable. Arrière-plan technologique Un rail de chemin de fer est constitué de trois parties : - une partie supérieure, le champignon, qui comporte la table de roulement et de circulation des trains ; - une partie inférieure, le patin, qui repose sur les traverses de chemin de fer avec, éventuellement, interposition d'une semelle élastique qui est ainsi située entre ce patin et la surface supérieure des traverses ; et, - une partie centrale, l'âme, qui est une paroi verticale reliant les parties supérieure et inférieure du rail. On associe souvent le bruit ferroviaire à la raideur du système de fixation des rails sur les traverses, ainsi qu'aux vibrations du contact roues/rails transmises au sol : ceci est notamment dû au fait que la technologie actuelle consistant à poser les rails sur des traverses en béton ou sur des dalles de béton est très pénalisante par rapport à celle consistant à poser les rails sur des traverses en bois qui absorbent beaucoup mieux les chocs et vibrations, ainsi que les bruits secondaires ambiants causés par le passage des trains. Il est décrit dans le document FR-2814477-A, un rail qui comporte un patin, une âme centrale et un appui supérieur sur lequel repose un coussinet élastique supportant un champignon interchangeable. Ce rail doit être asymétrique : un des côtés de l'appui supérieur devant laisser libre passage aux roues du matériel roulant, l'autre côté étant prévu pour recevoir les efforts latéraux transmis par les roues du matériel roulant. Le champignon est maintenu latéralement en position par les deux côtés asymétriques de l'appui supérieur, ce qui s'est révélé être insuffisant pour garantir le maintien en position du champignon. Aussi un des buts de la présente invention est-il de fournir un rail de chemin de fer comportant un champignon disposé sur un coussinet élastique amortisseur de chocs et de vibrations, qui permet d'obvier les inconvénients des rails connus dont une partie est amovible et en particulier d'assurer le maintien en position du champignon. 3067046 2 Un autre but de l'invention est de fournir un tel rail dont la fabrication est réalisable et la pose aussi proche que possible de celle d'un rail monobloc traditionnel. Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints par 5 un rail chemin de fer, démontable et interchangeable, comprenant, d'une part, un champignon comportant une partie supérieure constituant une bande de roulement et une partie inférieure, et, d'autre part, un corps qui comprend un patin destiné à reposer sur une ou plusieurs traverses et une âme reliant le patin au champignon, cette âme présentant une partie supérieure constituant un réceptacle équipée d'une 10 goulotte coopérant avec la partie inférieure du champignon, un premier coussinet élastique étant disposé dans la goulotte sous la partie inférieure du champignon de manière à amortir les chocs et vibrations exercés par un matériel roulant sur la bande de roulement, ledit rail étant remarquable en ce que la partie inférieure du champignon présente une forme de prisme triangulaire, et que la goulotte présente 15 une forme de prisme triangulaire complémentaire de la partie inférieure du champignon. Ainsi, grâce à la forme de la partie inférieure du champignon et de la goulotte, le champignon est maintenu en position latéralement. En outre, la partie inférieure du champignon comme la goulotte présentent des formes simples 20 permettant leur réalisation par des outils de laminage standards. Avantageusement, le rail est symétrique par rapport à un plan vertical passant par l'arête sommitale du prisme triangulaire constituant la partie inférieure du champignon. De préférence, l'arête sommitale du prisme triangulaire est arrondie. Le 25 rayon de courbure de cette arête sommitale est compris entre 10 et 20 mm et, de préférence, entre 14 et 16mm. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la coupe transversale du prisme triangulaire constituant la partie inférieure du champignon est un triangle isocèle. 30 Avantageusement, le premier coussinet est constitué de bandes en un élastomère souple et surcarboné afin de permettre le passage du courant électrique de signalisation ferroviaire et celui des retours de traction. Ces bandes peuvent comporter des formes creuses, telles que des rainures longitudinales ou des trous 3067046 3 décalés, en vue de conférer une certaine élasticité à l'élastomère lors de sa compression au moment du passage du matériel roulant. De plus, la largeur de ces bandes est telle qu'elles tapissent au moins toute la surface de la goulotte sur laquelle repose la partie inférieure du champignon 5 reprenant ainsi les chocs, les vibrations et les nuisances sonores produites par le matériel roulant, surtout en courbe. Ces bandes sont disposées de telle sorte à laisser un espace entre elles. De préférence, le rail comporte des moyens pour solidariser le champignon au réceptacle. 10 Avantageusement, chaque moyen pour solidariser le champignon au réceptacle comporte une goupille disposée dans un orifice correspondant ménagé dans le réceptacle et dans un passage ménagé dans la partie inférieure du champignon, les axes de l'orifice et du passage étant sensiblement parallèles. De préférence, le diamètre du passage est supérieur à celui de la goupille 15 pour tenir compte de l'enfoncement du champignon dans le premier coussinet lors du passage d'un matériel roulant. Selon un mode de réalisation, l'axe du passage est situé au-dessus de l'axe de l'orifice, quand aucun matériel roulant ne circule sur la bande de roulement. Avantageusement, sous le patin est disposé un second coussinet en un 20 matériau souple permettant d'absorber les chocs et les vibrations lors du passage d'un matériel roulant. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description 25 suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. - La figure 1 est une vue latérale partielle d'un rail de chemin de fer, démontable et interchangeable. - La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un rail selon la ligne 30 II-II de la figure 1. - La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un rail selon la ligne III-Ill de la figure 1. 3067046 4 - La figure 4 est une vue de face d'un mode de réalisation d'un premier coussinet. - La figure 5 est une vue de face d'un autre mode de réalisation d'un premier coussinet. 5 - La figure 6 est une vue dessus d'un rail de chemin de fer selon la figure 1. Description détaillée de modes de réalisation Ainsi qu'on peut le voir sur les figures, un rail de chemin de fer, démontable et interchangeable, désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend, d'une 10 part, un champignon 2 comportant une partie supérieure qui constitue une bande de roulement 3 et une partie inférieure 4, et, d'autre part, un corps 5 qui comprend un patin 6 destiné à reposer sur une ou plusieurs traverses, non représentées, et une âme 7. L'âme 7 présente une partie supérieure constituant un réceptacle 8 équipé d'une goulotte 9 coopérant avec la partie inférieure 4 du champignon 2. Le corps, 15 vue en coupe transversale a la forme générale d'un verre à pied. Un premier coussinet 10 élastique est disposé dans la goulotte 9 sous la partie inférieure 4 du champignon 2, de manière à amortir les chocs et vibrations exercés par un matériel roulant sur la bande de roulement 3. Selon la présente invention, la partie inférieure 4 du champignon 2 20 présente une forme de prisme triangulaire, la goulotte 9 présente une forme de prisme triangulaire complémentaire de la partie inférieure 4 du champignon 2. En d'autres termes, la partie inférieure 4 du champignon 2 présente, vue en coupe transversale, la forme d'un V, de même que la goulotte 9. Le rail selon la présente invention est symétrique par rapport à un plan 25 vertical passant par l'arête sommitale 4a du prisme triangulaire constituant la partie inférieure du champignon 2. Cette arête sommitale 4a est avantageusement arrondie : le rayon de courbure est compris entre 10 et 20 mm et, de préférence, entre 14 et 16mm. Il en est de même pour le fond 9a de la goulotte 9. 30 Les faces latérales 4b et 4c de la partie inférieure 4 du champignon 4 reposent sur les faces correspondantes 9b et 9c de la goulotte 9: ceci permet une bonne répartition des contraintes et des charges appliquées, notamment lors du passage d'un matériel roulant dans une courbe. Et ce, d'autant plus que la largeur du champignon 2 est inférieure à celle du réceptacle 8. En courbe, une telle 3067046 5 structure du rail 1 constitue ainsi une force anti-basculement de ce rail sous les fortes charges latérales exercées par le matériel roulant. Du fait de la symétrie longitudinale du rail selon l'invention, la coupe transversale du prisme triangulaire constituant la partie inférieure 4 du champignon 5 2 est un triangle isocèle. Quant à la forme de la goulotte 9, elle est complémentaire de celle de la partie inférieure 4 du champignon 2. La hauteur h de la partie supérieure du champignon 2 ainsi que la hauteur totale H du rail 1 correspondent à celles définies dans les normes internationales, et 10 la fabrication, les contrôles, etc.. d'un rail selon l'invention s'inspirent de la norme NF.EN.13674-1 d'avril 2011. Le premier coussinet 10 constitue un amortisseur élastique souple destiné notamment à diminuer les nuisances sonores provoquées par le passage d'un matériel roulant. Il est constitué, selon le présent exemple de réalisation, de bandes 15 en un élastomère souple et surcarboné afin de permettre le passage du courant électrique de signalisation ferroviaire et celui des retours de traction. A titre d'exemple, l'élastomère souple surcarboné est un élastomère vulcanisé au silicone à très bonne conductibilité électrique, et éventuellement préformé en vue d'épouser la forme de la goulotte 9. 20 Ces bandes peuvent comporter des trous décalés 15 (cf. figure 4) ou des rainures longitudinales 11 (cf. figure 5) ou toute autre forme creuse, afin de conférer à ces bandes une meilleure élasticité lors d'une compression sous charge. Par ailleurs, l'épaisseur et la dureté Shore de ces bandes en élastomère peuvent être adaptées selon les charges et les vitesses du matériel roulant devant circuler sur 25 des rails selon la présente invention. La largeur de ces bandes est telle qu'elles tapissent au moins toute la surface de la goulotte 9 sur laquelle repose la partie inférieure 4 du champignon 2. Elles sont de préférence disposées de telle sorte à laisser un espace entre elles. Leur longueur est par exemple de 6 à 10 mètres selon la configuration de la 30 voie ferrée. La structure d'un rail selon la présente invention permet le changement seul du champignon 2 puisque c'est cette partie qui s'use en premier. De plus, une telle réalisation permet de fabriquer le champignon et le corps (âme - patin) en des aciers de dureté différente, mais de même structure permettant ainsi d'assurer une 3067046 6 dilatation identique, puisque présentant un même coefficient de dilatation, sous l'effet des contraintes liées notamment aux différences de température été/hiver. On peut ainsi considérer que le champignon 2 est réalisé en un acier de nuance dure traité thermiquement en particulier pour les courbes présentant de 5 fortes contraintes d'usure, mais que le corps 5 pourra, dans la plupart des cas, être réalisé en un acier non traité thermiquement : ceci sera une source d'économies importantes lors du renouvellement des rails. Enfin, sous le patin 6 est disposé un second coussinet 11 en un matériau souple permettant d'absorber les chocs et les vibrations lors du passage d'un 10 matériel roulant. Si nécessaire, et pour garantir une meilleur sécurité à la voie, il peut être prévu des moyens pour solidariser le champignon 2 au corps 5. Ces moyens sont, par exemple, constitués par des goupilles 12 disposées dans des orifices 13 correspondant dans le réceptacle 8 et un passage 14 ménagé dans la partie 15 inférieure 4 du champignon 2: ces orifices 13 et ce passage 14 sont sensiblement d'axes parallèles. Ces goupilles 12 peuvent être élastiques, spiralées ou tout autre moyen équivalent. De plus, il est avantageux que le diamètre du passage 14 soit légèrement supérieur à celui de la goupille 12 pour tenir compte de l'enfoncement du 20 champignon 2 dans le premier coussinet 10 lors du passage d'un matériel roulant. L'axe XX' du passage 14 est donc situé au-dessus de l'axe YY' des orifices 13, quand aucun matériel roulant ne circule sur la bande de roulement 3. Ces orifices 13 et ce passage 14 sont disposés dans l'espace entre deux bandes successives 10a et 10b du premier coussinet 10. 25 La forme du corps 5, notamment de l'âme 7, permet la pose d'éclisses de raccordement 16 destinées à raccorder les rails entre eux, ainsi que les appareils de voies (aiguillage), étant entendu que les goupilles 12 ne sont pas nécessairement situées à l'aplomb des trous d'éclisses 17. La forme de l'âme 7 permet la pose d'éclisses de raccordement 16 (cf. 30 figure 2) destinées à raccorder le rail aux appareils de voies (aiguillages), étant entendu que les goupilles 12 ne sont pas systématiquement positionnées en face des trous d'éclisses 17 (cf. figure 1). 3067046 7 Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de la présente invention. 5 Il est également fait remarquer qu'en ce qui concerne la fabrication par laminage du champignon 2 et du corps 5, il y aura beaucoup moins de risques de défauts internes après refroidissement du fait de l'homogénéité des épaisseurs, d'où une amélioration importante de la sécurité ferroviaire L'usage du verbe comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses 10 formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres élément ou d'autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. Dans les revendications tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation des revendications. REVENDICATIONS1. Rail de chemin de fer, démontable et interchangeable, comprenant, d'une part, un champignon (2) comportant une partie supérieure (3) constituant une bande de roulement et une partie inférieure (4), et, d'autre part, un corps (5) qui comprend un patin (6) destiné à reposer sur une ou plusieurs traverses et une âme (7) reliant ledit patin (6) audit champignon (2), ladite âme (7) présentant une partie supérieure constituant un réceptacle (8) équipé d'une goulotte (9) coopérant avec ladite partie inférieure (4) du champignon (2), un premier coussinet (10) élastique étant disposé dans ladite goulotte (9) sous la partie inférieure (4) du champignon (2) de manière à amortir les chocs et vibrations exercés par un matériel roulant sur la bande de roulement (3), caractérisé par le fait que ladite partie inférieure (4) du champignon (2) présente une forme de prisme triangulaire, et que ladite goulotte (9) présente une forme de prisme triangulaire complémentaire de ladite partie inférieure (4) du champignon (2). 2. Rail selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est symétrique par rapport à un plan vertical passant par une arête sommitale (4a) du prisme triangulaire constituant la partie inférieure (4) du champignon (2). 3. Rail selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'arête sommitale (4a) du prisme triangulaire est arrondie. 4. Rail selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le rayon de courbure de l'arête sommitale (4a) est compris entre 10 et 20 mm et, de préférence, entre 14 et 16 mm. 5. Rail selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la coupe transversale du prisme triangulaire constituant la partie inférieure (4) du champignon (2) est un triangle isocèle. 6. Rail selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le premier coussinet (10) est constitué de bandes en un élastomère souple et surcarboné afin de permettre le passage du courant électrique de signalisation ferroviaire et des retours de traction. 7. Rail selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les bandes comportent des formes creuses telles que des rainures longitudinales (11a) ou des trous décalés (11b). 3067046 9 8. Rail selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que la largeur de ces bandes est telle qu'elles tapissent au moins toute la surface de la goulotte (9) sur laquelle repose la partie inférieure (4) du champignon (2) reprenant ainsi les chocs, les vibrations et les nuisances sonores produites par 5 le matériel roulant, surtout en courbe. 9. Rail selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que les bandes sont disposées de telle sorte à laisser un espace entre elles. 10. Rail selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé 10 par le fait qu'il comporte des moyens pour solidariser le champignon (2) au réceptacle (8). 11. Rail selon la revendication 10, caractérisé par le fait que chaque moyen pour solidariser le champignon (2) au réceptacle (8) comporte une goupille (12) disposée dans un orifice (13) correspondant ménagé dans le réceptacle (8) et 15 dans un passage (14) ménagé dans la partie inférieure (4) du champignon (2), les axes de l'orifice (13) et du passage (14) étant sensiblement parallèles. 12. Rail selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le diamètre du passage (14) est supérieur à celui de la goupille (12) pour tenir compte de l'enfoncement du champignon (2) dans le premier coussinet (10) lors du passage 20 d'un matériel roulant. 13. Rail selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'axe XX' dudit passage (14) est situé au-dessus de l'axe YY' des orifices (13), quand aucun matériel roulant ne circule sur la bande de roulement (3).