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BANC D'ESSAI POUR VOIE FERREE Description La présente invention concerne l'installation de voies ferrées en voirie et en particulier l'installation de voies ferrées pour tramways.
L'installation de voies ferrées pour tramways en voirie pose un problème qui se situe à différents niveaux : a) Au niveau de la stabilité de la voie, les voies ballastées classiques posent un problème en voirie du fait de leur tassement dans le temps et de la destruction de la voirie dans la zone des voies ; b) Au niveau de l'environnement, l'impact des vibrations et des bruits par suite du tassement de la voirie et de l'augmentation de la raideur dynamique du ballast provoque des transmissions vibratoires vers les fondations des immeubles avoisinants ; c) Au niveau de la maintenance de la voie, les tassements localisés du ballast provoque une déflexion locale importante de la voie, ce qui entraîne une usure plus importante de l'infrastructure et du matériel roulant ;
d) Au niveau de la mise en oeuvre de la voie ferrée et du temps d'exécution et d'accès pour assurer la maintenance.
Afin de résoudre d'une manière globale le problème de l'installation d'une voie ferrée pour tramways en voirie, les inventeurs ont analysé le comportement statique et le comportement dynamique de la voie ferrée lors du passage d'un véhicule sur les rails. Une rame de véhicules circulant sur les rails produit deux impacts sur les rails.
Le premier est dû à la masse de l'ensemble des véhicules de la rame : c'est la charge statique reportée sur les bogies ; le second impact est dû à la masse non suspendue du bogie : c'est cette masse qui produit les impulsions dynamiques par les roues sur les rails et ce sont ces impulsions qui se transmettent vers l'environnement.
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Globalement, les phénomènes acoustiques et vibratoires qui prennent naissance lors du passage d'une rame sur les supports des rails comprennent plusieurs composantes parmi lesquelles on peut citer : a) Une composante vibratoire constituée des ondes de chocs émises par le passage de la rame et propagées par le sol: la propagation de ces vibrations est fonction des caractéristiques intrinsèques du sol ; b) Des bruits solidiens résultant des vibrations des constructions avoisinantes recevant les ondes vibratoires transmises par le sol ; c) Des bruits aériens résultant de phénomènes ondulatoires transmis directement par l'air.
L'objectif dans toute installation de voie ferrée, en particulier dans une installation de voie ferrée en voirie, doit être de réaliser des supports anti-vibratoires qui améliorent les performances d'isolation antivibratoire de manière que soient obtenus : - Une fréquence de résonance en flexion inférieure à 60 Hz, - Un amortissement efficace des ondes de chocs, - Une limitation de la déflexion statique des rails lors du passage des roues d'une rame, - Une flexion des rails plus courte, ce qui entraîne une réduction du rayonnement acoustique, - L'absence de superposition des vibrations dues aux deux roue d'un bogie.
Les voies ferrées sont habituellement montées sur des appuis munis d'éléments antivibratoires. Ceux-ci peuvent être disposés à différents niveaux : sous les rails, sous les selles ou sous les traverses, sous une dalle radier sur le fond de coffre du site. Cependant, étant donné que les performances d'isolation acoustique et antivibratoire sont liées à une combinaison optimale des caractéristiques des éléments intervenants dans la réalisation des dispositifs antivibratoires, il est essentiel de pouvoir mesurer et analyser correctement à la fois le comportement statique et le comportement dynamique des ensembles roue/rail/support de manière à pouvoir mettre au point la voie ferrée afin d'optimiser les performances d'isolation acoustique et anti-vibratoire de l'installation de la voie ferrée.
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L'invention a donc pour objet un banc d'essai destiné à permettre de mesurer le comportement statique et dynamique d'une voie ferrée de manière à pouvoir optimiser les performances d'isolation acoustique et antivibratoire d'une installation de voie ferrée.
Cet objectif est atteint par un banc d'essai agencé de manière que les effets de la charge statique totale appliquée sur un essieu sont découplés de l'équivalent de la masse non suspendue fixée à un bogie d'un véhicule circulant sur une voie ferrée.
A cet effet, le banc d'essai suivant l'invention comprend un bâti sur lequel est monté un dispositif pour porter un tronçon des rails de la voie ferrée, un ensemble de moyens pour simuler des charges prédéterminées variables par essieu de bogie, et un moyen pour simuler une masse non suspendue prédéterminée équivalente à celle du bogie d'un véhicule devant circuler sur la voie ferrée.
A l'aide de capteurs et d'appareils de mesure, ce banc d'essai permet de relever la fréquence propre du système de la voie, les déflexions au droit des supports et l'amortissement des vibrations des rails.
Le banc d'essai suivant l'invention permet ainsi au concepteur d'une voie ferrée à installer de déterminer les particularités des éléments d'isolation acoustique et antivibratoire à incorporer dans le système d'appui de la voie ferrée afin d'optimiser l'isolation acoustique et antivibratoire d'une installation de voie ferrée et de réduire ainsi la transmission des ondes vibratoires vers l'environnement.
L'invention est décrite plus en détails dans ce qui suit à l'aide du dessin ci-annexé qui représente schématiquement une vue longitudinale d'un banc d'essai suivant l'invention.
Dans le mode de réalisation représenté sur le dessin, le banc d'essai comprend un bâti sur lequel sont montés à espacement régulier des ressorts à basse fréquence de résonance 62. Sur ces ressorts sont fixés des appuis antivibratoires 61 servant à porter un tronçon de voie ferrée à tester. Un chariot mobile 63 est monté sur des
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roues dont l'écartement est réglable en fonction de l'écartement des essieux de bogie d'un véhicule. La masse du chariot 63 simule la masse non suspendue fixée à l'essieu d'un véhicule devant circuler sur la voie ferrée. Sur le chariot 63 est monté une cellule de charge 64 constituée d'un plateau 66 supporté par un dispositif comprimable 65. Sur le plateau 66 est fixé un vérin hydraulique 67 permettant d'appliquer une charge statique variable représentant le poids d'un véhicule sur un essieu.
Les appuis 61 sont réalisés avec des raideurs statiques et dynamiques choisies en fonction des conditions d'exploitation réelles et du niveau de performances souhaité. Par exemple, dans le cas où l'on souhaite optimiser l'isolement antivibratoire et limiter la déflexion du rail, les appuis 61 seront réalisés avec des raideurs alternées de manière à être alternativement un appui relativement rigide R et un appui relativement souple S.
Par une mise en charge par paliers de 0 à 250 kN, par exemple, le banc d'essai permet de relever les déflexions statiques du rail au droit des supports. En appliquant une charge statique par paliers et par impulsions de chocs ou impulsions vibratoires, il est possible de relever la fréquence propre du système de la voie, les déflexions au droit des supports et l'amortissement des vibrations des rails. Ces caractéristiques dynamiques peuvent être relevées et enregistrées à l'aide capteurs et d'appareils de mesure et d'enregistrement classiques.
Les analyses ainsi effectuées permettent au concepteur d'une voie ferrée à installer de déterminer de manière optimale les particularités des éléments d'isolation acoustique et antivibratoire à incorporer dans le système d'appui de la voie ferrée afin d'optimiser l'isolation acoustique et antivibratoire et réduire la transmission des ondes vibratoires vers l'environnement.
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TEST BENCH FOR RAILWAYS Description The present invention relates to the installation of railways on roads and in particular the installation of railways for trams.
The installation of railways for street trams poses a problem which is located at different levels: a) In terms of track stability, conventional ballasted tracks pose a problem on roads because of their settlement over time and destruction of roads in the track area; b) In terms of the environment, the impact of vibrations and noises as a result of the compaction of the roads and the increase in the dynamic stiffness of the ballast causes vibration transmissions to the foundations of neighboring buildings; c) In terms of track maintenance, localized settling of the ballast causes significant local deflection of the track, which leads to greater wear of the infrastructure and rolling stock;
d) At the level of the implementation of the railway and the execution and access time to ensure maintenance.
In order to globally solve the problem of installing a railroad track for street trams, the inventors analyzed the static and dynamic behavior of the railroad track when a vehicle passes over the rails. A train of vehicles traveling on the rails produces two impacts on the rails.
The first is due to the mass of all the vehicles on the train: this is the static load carried over to the bogies; the second impact is due to the unsprung mass of the bogie: it is this mass which produces the dynamic impulses by the wheels on the rails and it is these impulses which are transmitted to the environment.
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Overall, the acoustic and vibrational phenomena which arise during the passage of a train over the rail supports include several components, among which we can cite: a) A vibratory component made up of shock waves emitted by the passage of the train and propagated by the soil: the propagation of these vibrations is a function of the intrinsic characteristics of the soil; b) Solidary noises resulting from the vibrations of neighboring constructions receiving the vibratory waves transmitted by the ground; c) Airborne sounds resulting from wave phenomena transmitted directly by the air.
The objective in any railway installation, in particular in a railway installation on roads, must be to produce anti-vibration supports which improve the performances of anti-vibration isolation so that are obtained: - A resonant frequency in bending less than 60 Hz, - Effective damping of shock waves, - Limitation of the static deflection of the rails during the passage of the wheels of a train, - Shorter bending of the rails, which leads to a reduction in acoustic radiation , - The absence of superposition of vibrations due to the two wheels of a bogie.
The railway tracks are usually mounted on supports provided with anti-vibration elements. These can be arranged at different levels: under the rails, under the saddles or under the crosspieces, under a slab slab on the bottom of the site trunk. However, since the performance of sound insulation and anti-vibration is linked to an optimal combination of the characteristics of the elements involved in the production of anti-vibration devices, it is essential to be able to measure and analyze correctly both static and dynamic behavior wheel / rail / support assemblies so as to be able to perfect the railway track in order to optimize the acoustic and anti-vibration insulation performance of the railway track installation.
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The subject of the invention is therefore a test bench intended to make it possible to measure the static and dynamic behavior of a railroad track so as to be able to optimize the acoustic and antivibration insulation performance of a railway track installation.
This objective is achieved by a test bench arranged so that the effects of the total static load applied to an axle are decoupled from the equivalent of the unsprung mass fixed to a bogie of a vehicle traveling on a railway track.
To this end, the test bench according to the invention comprises a frame on which is mounted a device for carrying a section of the rails of the railway track, a set of means for simulating predetermined variable loads by bogie axle, and a means for simulating a predetermined unsprung mass equivalent to that of the bogie of a vehicle having to travel on the railway.
Using sensors and measuring devices, this test bench makes it possible to detect the natural frequency of the track system, the deflections at the level of the supports and the damping of rail vibrations.
The test bench according to the invention thus allows the designer of a railway track to be installed to determine the particularities of the acoustic and anti-vibration isolation elements to be incorporated into the support system of the track in order to optimize the acoustic and anti-vibration insulation of a railway installation and thus reduce the transmission of vibration waves to the environment.
The invention is described in more detail in what follows using the attached drawing which schematically shows a longitudinal view of a test bench according to the invention.
In the embodiment shown in the drawing, the test bench comprises a frame on which are mounted at regular spacing springs with low resonance frequency 62. On these springs are fixed anti-vibration supports 61 used to carry a section of track railway to be tested. A mobile carriage 63 is mounted on
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wheels whose spacing is adjustable according to the spacing of the bogie axles of a vehicle. The mass of the carriage 63 simulates the unsprung mass fixed to the axle of a vehicle which is to travel on the railway. On the carriage 63 is mounted a load cell 64 consisting of a plate 66 supported by a compressible device 65. On the plate 66 is fixed a hydraulic cylinder 67 allowing to apply a variable static load representing the weight of a vehicle on an axle.
The supports 61 are produced with static and dynamic stiffness chosen according to the actual operating conditions and the desired level of performance. For example, in the case where it is desired to optimize the antivibration isolation and limit the deflection of the rail, the supports 61 will be produced with alternating stiffnesses so as to be alternately a relatively rigid support R and a relatively flexible support S.
By loading in stages from 0 to 250 kN, for example, the test bench makes it possible to detect static deflections of the rail in line with the supports. By applying a static load in stages and by shock pulses or vibratory pulses, it is possible to note the natural frequency of the track system, the deflections at the level of the supports and the damping of the vibrations of the rails. These dynamic characteristics can be recorded and recorded using conventional sensors and measuring and recording devices.
The analyzes thus carried out allow the designer of a railway track to be installed to determine in an optimal manner the particularities of the sound insulation and anti-vibration elements to be incorporated in the support system of the track in order to optimize the sound insulation and anti-vibration and reduce the transmission of vibration waves to the environment.