Dispositif d'appui anti-vibratoire pour rails de voie ferrée

Abstract

 Un dispositif d'appui comprenant plusieurs coussins amortissants (2) répartis le long des rails (1) et supportant ces rails, lesdits coussins ayant des raideurs dynamiques alternées, la raideur dynamique des coussins amortissants d'ordre impair (A) étant supérieure à la raideur des rails (1) et la raideur dynamique des coussins amortissants d'ordre pair (B) étant inférieure à la raideur des rails (1).

Description

[0001] Les roues de véhicules roulant sur rails créent dans ceux-ci un champ de contraintes fort complexe qui se traduit par des effets vibratoires gênants pour le confort des voyageurs. La complexité du champ de contraintes créé dans un rail résulte de différents facteurs_:efforts transmis au rail par de très petites surfaces de contact, efforts verticaux et horizontaux excentrés par rapport aux axes d'inertie du rail, profil du rail qui se compose de trois parties (champignon, âme, semelle) ayant des inerties très différentes. De cette complexité résulte pour une part importante le caractère empirique des connaissances actuelles en ce qui concerne les sollicitations dynamiques des rails de voies ferrées.

[0002] Le problème qui se pose est celui d'isoler les rails contre les effets dynamiques des véhicules roulants de manière à augmenter le confort des voyageurs et des équipements (véhicule et rail). Ce problème est résolu grâce à l'invention par un dispositif d'appui anti-vibratoire assurant un amortissement optimal des effets vibratoires du rail.

[0003] Le dispositif selon l'invention se caractérise par plusieurs coussins amortissants répartis le long des rails et supportant les rails, lesdits coussins ayant des raideurs dynamiques alternées, la raideur dynamique des coussins amortissants d'ordre impair (A) étant supérieure à la raideur du rail et la raideur dynamique des coussins amortissants d'ordre pair (B) étant inférieure à la raideur du rail.

[0004] Grâce à l'invention, les vibrations du rail se trouvent amorties en un laps de temps très court de sorte que les résonances entre le rail et le véhicule roulant se trouvent évitées.

[0005] L'invention est exposée dans ce qui suit dans un exemple de réalisation avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels:

. la figure 1 montre la courbe de déformation d'un rail type R50 en fonction de la fréquence,

. la figure 2 montre la courbe du facteur d'amortissement pour un rail type R50,

. la figure 3 montre la constante de temps d'amortissement mesurée pour un rail type R50 sur appuis classiques.

. la figure 4 montre la constante de temps d'amortissement mesurée pour un rail R50 sur appuis amortissants selon l'invention.

. la figure 5 illustre schématiquement le dispositif d'appui anti-vibratoire selon l'invention.

. la figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 5 au droit d'un appui amortissant selon l'invention.

[0006] L'inventeur a effectué une étude dynamique des rails couramment utilisés pour le métro léger et le métro lourd (rail type R50 et rail type NP4). Cette étude a permis de déterminer la déformation en fonction de la fréquence et l'amortissement du rail. La courbe de déformation en fonction de la fréquence pour le rail type R50 est montrée à la figure 1 et la courbe du facteur d'amortissement de ce rail en fonction du facteur d'amortissement critique est montrée à la figure 2. Les courbes de déformation telle que celle de la figure 1 montrent une série de crêtes qui sont à l'origine de vibrations qui s'amortissent avec une constante de temps dépassant largement 1 milliseconde et s'approchant même en fait de 2 millisecondes (voir figure 3). Cette constante de temps étant plus longue que le laps de temps entre deux sollicitations dynamiques successives appliquées par les roues du véhicule (laps de temps lié à la distance entre axes des roues), il en résulte des résonances entre les vibrations du rail du véhicule lui- même.

[0007] L'inventeur a cherché une solution pour réduire la constante de temps d'amortissement des déformations du rail de manière à éviter les effets de résonance gênants pour le confort des voyageurs et équipements (véhicule et rails). Suivant l'invention, les rails sont posés sur des appuis amortissants comme montré à la figure 4. Celle-ci représente schématiquement un tronçon de rail 1 posé sur des appuis A et B alternés. Les appuis A sont des appuis amortissants ayant une raideur dynamique prédéterminée K1 supérieure à celle du rail et les appuis B sont des appuis amortissants ayant une raideur dynamique K2 inférieure à celle du rail. Les appuis A et B sont alternés à distance régulière et seront appelés respectivement appuis rigides et appuis souples. La distance entre appuis est déterminée en fonction du type de rail et de la raideur dynamique des appuis. Avec un écartement de 1500 mm entre eux , les appuis A sont par exemple des appuis ayant une raideur dynamiques K = 2 x 10⁹ N/m environ et les appuis B sont par exemple des appuis ayant une raideur dynamique K = 2 x 10⁷ N/m environ. La figure 5 montre une coupe transversale verticale du rail au droit d'un appui. La semelle du rail 1 repose sur un coussin de matière anti-vibratoire 2 placé dans un logement formé dans une dalle de béton 3 constituant la chaise de rail encastrée dans le sol et sur laquelle le rail 1 est fixé à l'aide de clames 4.

[0008] Au droit d'un appui rigide A, le coussin anti-vibratoire e par exemple un bloc amortissant Pronouvo type D P-PD-2 ayant une raideur K = 2 x 10⁹ N/m environ; au droit d'un appui souple B, le coussin anti-vibratoire est par exemple un bloc amortissant Pronouvo type D P-PS-R ayant une raideur K = 2 x 10⁷ N/m. Les appuis souples ne contribuent pas à la raideur du système mais lui confèrent un amortissement. Le rail se comporte alors comme un système ancré rigidement au droit des appuis rigides A et ayant une déformation maximale au droit des appuis souples B. Le rail ainsi fixé sur appuis amortissants présente une fréquence propre qui est supérieures aux fréquences propres principales du matériel roulant.

[0009] La déformation d'un rail sur appuis selon l'invention a été calculée pour le rail type R50 pour un effort F de 36.000 N correspondant à une voiture de métro léger en charge.

[0010] Appuis amortissants :

Raideur dynamique des appuis rigides K = 2. 10⁹ N/m

Raideur dynamique des appuis souples K = 2. 10⁷ N/m

Coefficient 'd'amortissement = 0,014

Raideur dynamique du rail K ₌ 2,4.10 N/m

[0011] Le calcul de la flèche au droit d'un appui souple se fait en ne tenant compte que de la raideur du rail puisque celle-ci est largement supérieure à celle des appuis souples. On obtient :

[0012] La flèche obtenue est acceptable: elle est à peine plus grande que celle que l'on obtient avec des appuis rigides classiques (X = 0,67 mm).

[0013] Par contre, le facteur d'amortissement critique Cc pour le système selon l'invention

s'établit à la valeur suivante:

[0014] Il en résulte une fréquence propre du système rail/appui supérieure à 40 Hz. La constante de temps d'amortissement est ainsi de l'ordre de 0,25 ms seulement, ce qui est sensiblement plus court que le laps de temps entre deux sollicitations dynamiques successives (100 ms environ à une vitesse de croisière de 80 km/h).

[0015] Il en résulte que les vibrations du rail , produites par le passage d'une roue, se trouvent amorties avant le passage de la seconde roue. Les résonances entre le rail et le véhicule roulant sont ainsi évitées.

Revendications

1. Dispositif d'appui anti-vibratoire pour rails de voie ferrée, caractérisé par plusieurs coussins amortissants répartis le long des rails et supportant les rails, lesdits coussins ayant des raideurs dynamiques alternées, la raideur dynamique des coussins amortissants d'ordre impair (A) étant supérieure à la raideur du rail et la raideur dynamique des coussins amortissants d'ordre pair (B) étant inférieure à la raideur du rail.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les coussins amortissants sont écartés d'une distance de 750 mm environ, les coussins d'ordre impair ayant une raideur de 2. 10⁹ N/m environ et les coussins d'ordre pair ayant une raideur de 2. 10⁷ N/m environ.

3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la distance entre deux coussins amortissants est déterminée en fonction du type de rail et de la raideur dynamique des appuis.

Dessins