Procédé pour uniformiser l'usure du bandage d'une roue de véhicule ferroviaire et semelle de frein mettant en aeuvre ce procédé Le bandage des roues ferroviaires comporte géné ralement une surface extérieure tronconique de faible pente dont les limites marginales correspondent du côté de plus faible diamètre au flanc du bandage et du côté de grand diamètre, à un boudin formé en saillie sur ledit bandage. Dans sa zone médiane, cette surface extérieure tronconique présente un chemin de roulement qui cor respond à la zone le plus souvent en contact avec le rail correspondant.
Sous les actions conjuguées de ce rail et de la semelle de frein coopérante, le bandage de roue considéré s'use et l'expérience montre que cette usure n'est pas uni forme.
Dans le cas où la semelle de frein est métallique, en fonte par exemple, l'usure du bandage se manifeste par le fait que les génératrices de la surface extérieure tron conique qui, à l'origine sont droites et en faible pente, s'incurvent de la zone médiane vers les zones marginales.
Dans le cas où la semelle de frein est en matière composite, on constate que l'usure du bandage de roue est sensiblement constante en regard du chemin de rou lement précité (les génératrices du chemin de roulement restant sensiblement parallèles à ce qu'elles étaient ini tialement) et en tout cas moindre que sur les côtés dudit chemin de roulement qui présentent de véritables sillons. Ces derniers peuvent atteindre plusieurs millimètres de profondeur après quelques dizaines de milliers de kilo mètres de parcours et il apparaît en outre sur le flanc de plus petit diamètre du bandage un bourrelet dû au fluage du métal pendant que le sillon le plus proche se creuse.
A titre d'information, on sait que les semelles de freins en matière composite comprennent notamment une matière souple et résiliente telle que du caoutchouc, des résines polymérisables, des fibres ignifuges, d'amiante par exemple, et des charges constituées en particulier par des copeaux métalliques. Il est bien évident que dans un cas comme dans l'au tre, il y a avantage à uniformiser l'usure du bandage de roue, de façon que les génératrices de la surface exté rieure tronconique de ce bandage restent sensiblement parallèles à elles-mêmes,
sinon on est obligé de réusiner ledit bandage ou de le mettre au rebut bien avant que sa durée d'utilisation optimale soit atteinte.
Il existe des semelles de freins en matière composite dont la conformation est établie dans le but justement d'uniformiser l'usure du bandage de roue. Ces semelles sont monolithes et présentent une section transversale trapézoïdale. Il en résulte qu'à un instant donné, la sur face frottante de la semelle considérée présente des lignes de contact longitudinales (avec les directrices circulaires du bandage de roue) dont la longueur est constante, mais qu'au cours de l'usure de ladite semelle de frein,
l'aire de cette surface frottante augmente de façon qu'ap paraissent de nouvelles lignes de contact avec les direc trices du bandage en marge de celles qui existaient à l'instant précédent. Tout d'abord, cette conformation particulière de la semelle de frein ne donne pas entière satisfaction puisque l'usure du bandage de roue n'est pas aussi uniforme qu'il conviendrait. De plus, ce qui est beaucoup plus grave, la surface frottante étant variable dans le temps avec l'usure de la semelle, la pression spécifique appliquée sur le bandage de roue par cette semelle, pour une pression de freinage déterminée, varie également dans le temps.
Dès lors, l'usure de ladite semelle a pour effet d'engendrer une variation perma nente des performances de freinage, de telle sorte que le conducteur d'un train ne peut pas prévoir l'effet qu'il obtiendra en dosant le freinage à partir du robinet de mécanicien, compte tenu de la composition du train, de son chargement et des circuits en service.
La présente invention a pour but d'uniformiser de façon presque parfaite l'usure du bandage d'une roue de véhicule ferroviaire, tout en remédiant à l'inconvénient précité de la semelle de frein connue.
Ce but est atteint en créant un procédé selon lequel, conformément à l'invention, on utilise des semelles de frein présentant une surface frottante dont les lignes de contact avec les directrices circulaires du bandage de la roue ont une longueur d'autant plus grande qu'elles sont situées en regard de parties du bandage s'usant habituel lement moins, ces semelles étant telles que l'aire de cette surface frottante soit maintenue pratiquement constante dans le temps au cours de l'usure de la semelle consi dérée.
Dans ces conditions, la surface frottante de la semelle est constante dans le temps, mais elle est plus impor tante au droit des zones du bandage de roue qui s'usent le plus qu'au droit de celles qui s'usent le moins.
Dans le cas de l'utilisation d'une semelle de frein en matière composite, la longueur des lignes de contact pré citées de la surface frottapte de cette semelle est sensi blement constante dans la zone médiane au droit du chemin de roulement et progressivement décroissante vers l'extérieur dans les zones marginales.
Dans le cas de l'utilisation d'une semelle de frein métallique, la longueur des lignes de contact précitées de la surface frottante de ladite semelle est, dans la zone médiane, progressivement croissante de l'axe vers les côtés, et devient sensiblement constante au droit des par ties marginales du chemin de roulement.
La présente invention a également pour objet une semelle de frein pour la mise en oeuvre du procédé d'ob jet de l'invention, solidaire d'une armature de liaison et présentant la forme générale d'un parallélépipède rec tangle dont au moins l'une des grandes faces est incur vée en cylindre pour constituer la surface frottante, cette semelle étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un évidement débouchant sur la surface frottante,
s'étendant sur une partie au moins de l'épaisseur et dont les génératrices de paroi sont parallèles à celles de la tranche de ladite semelle.
De préférence le bord du ou des évidements est in curvé dans le sens transversal sur une partie au moins de son étendue pour faire varier progressivement la lon gueur des lignes longitudinales de contact de la surface frottante.
La semelle peut être monolithe ou bien constituée par au moins deux éléments fixés, de façon connue, sur l'armature et séparés par une fente transversale.
Dans le cas où la semelle est de nature composite, elle comporte au moins deux évidements marginaux s'étendant de part et d'autre d'une bande longitudinale médiane normalement située en regard du chemin de roulement du bandage de roue, ces évidements débou chant sur les tranches longitudinales de ladite semelle.
Par contre, dans le cas où la semelle est métallique, elle comporte au moins un évidement longitudinal mé dian séparant en partie deux bandes marginales pleines.
De toute façon, quel que soit le cas, chaque évide ment peut déboucher, à son extrémité opposée à celle qui est incurvée, sur la tranche transversale correspon dante de la semelle, ou bien sur la fente transversale correspondante précitée.
Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, sur le dessin annexé.
Sur ce dessin les fig. 1 et la sont des élévations partielles d'un bandage de roue de véhicule ferroviaire, montrant en traits mixtes le profil d'origine de ce bandage et en trait plein ledit profil après usure, lorsque le bandage précité coopère respectivement avec une semelle de frein com posite et une semelle de frein métallique ; la fig. 2 est une vue en plan prise du côté de la sur face frottante et illustrant une première forme de réali sation d'une semelle de frein en matière composite con forme à l'invention;
la fig. 3 est une élévation latérale prise suivant la flèche F3 de la fig. 2 ; la fig. 4 est une vue analogue à la fig. 2, illustrant une première forme de réalisation d'une semelle de frein métallique conforme à l'invention;
les fig. 5, 6 et 7 sont des vues analogues à la fig. 2 représentant d'autres formes de réalisation de la semelle de frein en matière composite, formes dont les caracté ristiques sont applicables également à la semelle de frein métallique illustrée par la fig. 4.
Sur les fig. 1 et la représentant un bandage de roue ferroviaire, 1 désigne le boudin périphérique, 2 la sur face tronconique extérieure et 3 le flanc de plus petit diamètre. Sous les actions conjuguées du rail et de la semelle de frein coopérante, le bandage de roue s'use, mais le profil de la zone usée diffère suivant que la semelle de frein est en matière composite (fi,-.<B>1)</B> ou qu'elle est de nature métallique (fig. la).
Dans le premier cas illustré par la fig. 1, l'usure du chemin de roulement 4 du bandage de roue est sensi blement uniforme puisque les génératrices de ce chemin restent approximativement parallèles à elles-mêmes et à celles de la surface extérieure tronconique 2 dans son état initial. Mais il apparaît de part et d'autre du chemin de roulement 4 des sillons 5 et 6 relativement profonds (plusieurs millimètres par exemple après un parcours de quelques dizaines de milliers de kilomètres). De plus, la formation du sillon 6 s'accompagne d'un fluage du métal du bandage qui donne naissance sur le flanc droit à un bourrelet saillant 7.
Dans le deuxième cas illustré par la fig. la, le profil 8 de la surface extérieure usée du bandage est incurvé et montre, par rapport aux génératrices de la surface 2 d'origine, que l'usur est plus accentuée dans la zone médiane que dans les zones marginales et qu'elle décroît progressivement de l'axe médian du chemin de roule ment vers les côtés.
Ainsi que cela ressort des fig. 2 et 3, la semelle de frein présente la forme générale d'un parallélépipède rectangle dont la plus grande face extérieure est incurvée en cylindre au même rayon que le bandage de roue, afin de constituer la surface frottante 9 de cette semelle.
Ladite semelle est rendue solidaire, par l'intermédiaire d'une couche de liaison 10, connue en soi, d'une arma ture métallique 11 également connue qui est destinée à être fixée, avec une certaine liberté de mouvement, sur un porte-semelle non représenté, au moyen d'une cla vette traversant des passages de ce porte-semelle et des trous 12 d'un renflement médian transversal 13 de ladite armature.
La semelle, quelle que soit sa nature, peut être mono lithe, comme cela est représenté en 14 sur la fig. 5 ou en 15 sur la fig. 4. Elle peut aussi être réalisée en deux éléments distincts 16 et 17 (fig. 2, 3 et 7) rendus solidai res des ailes de l'armature reliées par le renflement 13.
Dans ce cas, les éléments 16 et 17 sont séparés l'un de l'autre par une fente médiane transversale 18 exempte de toute matière jusqu'à l'armature. La semelle peut encore être prévue en trois éléments : deux extrêmes 19, 20 et un médian 21 séparés par des fentes transversales 22 et 23 analogues à la fente 18 (fig. 6). Cette semelle peut enfin comporter davantage d'éléments, mais en tout cas, tous ceux-ci sont rendus solidaires de l'armature 11.
Il importe que la semelle comporte au moins un évi dement s'étendant sur une partie au moins de l'épaisseur et débouchant sur la surface frottante 9.
La répartition de ce ou ces évidements dans le sens transversal dépend de la nature de la semelle.
En effet, si cette semelle est de nature composite (semelle 14 de la fig. 5 par exemple), les évidements 24 et 25 sont ménagés de part et d'autre d'une bande longi tudinale médiane 26 normalement placée en regard du chemin de roulement 4 du bandage de roue (fig. 1).
Dans ces conditions, les lignes longitudinales de contact 27 (avec les directrices circulaires du chemin de roulement 4) situées dans la bande médiane 26 de la surface frot- tante 9 de la semelle, ont une longueur constante, tan dis que les lignes de contact 28 et 29 (avec les directrices circulaires des parties de la surface 2 du bandage de roue se trouvant de part et d'autre du chemin de roulement 4) situées dans les bandes longitudinales marginales de la surface frottante 9, dans lesquelles sont ménagés les évi dements 24 et 25, ont une longueur inférieure à celle des lignes de contact 26.
Autrement dit, l'aire de la surface frottante 9 est plus importante au droit du chemin de roulement 4 que sur les côtés latéraux de ce chemin, ce qui revient à dire que les surfaces longitudinales élémen taires sont d'autant plus grandes qu'elles sont situées en regard de parties de la roue s'usant moins.
Par ailleurs, le bord des évidements 24 et 25 est incurvé dans le sens transversal sur une partie au moins de son étendue, ce qui permet de faire varier progressi vement la longueur des lignes de contact 28 et 29. Dans l'exemple représenté, ce sont les extrémités 24.1 et 24.2, 25.1 et 25.2 du bord des évidements 24 et 25, respecti vement qui sont incurvées.
Enfin, les génératrices des parois qui limitent les évidements 24 et 25 sont parallèles à celles de la tran che (à directrice sensiblement rectangulaire) de ladite semelle. Par suite, l'aire de la surface frottante 9 reste constante dans le temps, quelle que soit l'usure de la semelle.
Les évidements 24 et 25 s'étendent de préférence sur une partie seulement de l'épaisseur de la semelle, de sorte qu'il subsiste de celle-ci des lèvres 30 et 31 rendues solidaires, par l'intermédiaire de la couche 10, de l'arma ture 11.
Les évidements 24 et 25 débouchent avantageuse ment sur les tranches longitudinales 14.1 et 14.2 de la semelle 14.
La répartition des évidements exposés ci-dessus, en se référant à la fig. 5, se rapporte au cas où la semelle est de nature composite. Cette répartition est différente si ladite semelle est métallique. En effet, comme le mon tre la fig. 4, la semelle métallique 15 comporte un évi dement longitudinal médian 32 séparant en partie deux bandes marginales pleines 33 et 34. Dans ces bandes marginales la longueur des lignes de contact 35 et 36 est constante.
Par contre, la longueur des lignes de con tact 37 situées dans la partie restante de la surface frot- tante 9 (partie dans laquelle l'évidement 32 est ménagé), est inférieure à celle des lignes précitées 35 et 36. Autre ment dit, si l'on se réfère à la fig. la montrant le profil d'usure habituel des bandages de roue, on constate que la longueur des lignes de contact 35 à 37 est d'autant plus grande que ces lignes sont situées en regard de par ties du bandage s'usant habituellement moins.
Si la répartition transversale du ou des évidements s'inverse suivant que la semelle est de nature composite ou de nature métallique, c'est que les profils d'usure habituels des bandages de roue sont également inverses (fig. 1 et 1 a).
Dans le cas des semelles métalliques (fig. 4) le bord de l'évidement 32 est, comme dans le cas précédent (fig. 5), incurvé dans le sens transversal sur une partie au moins de son étendue pour faire varier progressive ment la longueur des lignes longitudinales de contact 35 à 37 de la surface frottante 9. Dans l'exemple représenté, le bord de l'évidement est incurvé seulement à ses extré mités 32.1 et 32.2.
Par ailleurs, toujours comme dans le cas précédent, les génératrices de la paroi limitant l'évidement 32 sont parallèles à celles de la tranche (à directrice sensible ment rectangulaire) de la semelle 15, de sorte que l'aire de la surface frottante 9 reste constante et égale à elle même dans le temps quelle que soit l'usure. De plus, cette paroi de l'évidement 32 s'étend de préférence sur une partie seulement de l'épaisseur de la semelle 15.
Dans ce qui précède, les évidements ont été différen ciés dans leur répartition transversale. suivant qu'ils sont prévus pour une semelle de nature composite (fig. 5) ou pour une semelle de nature métallique (fig. 4). Leurs caractéristiques ont été définies pour une semelle mono lithe, mais il est bien évident qu'elles s'appliquent dans les autres cas où la semelle est en deux éléments 16, 17, trois éléments 19, 20, 21 ou davantage.
Si la semelle est en deux éléments 16, 17, les évide ments 30 et 31 sont disposés symétriquement par rap port à l'axe transversal médian 38 et chacune de leurs moitiés peut déboucher, soit dans la fente 18 séparant les deux éléments (fig. 2), soit sur la tranche transver sale extrême de l'élément correspondant 16.3 (fig. 7). Il en est de même à propos de l'évidement 32, si la semelle 15 est en deux éléments.
Si la semelle est en trois éléments 19 à 21 (fig. 6), les évidements 30 et 31 peuvent être répartis dans les éléments extrêmes 19 et 20 de la même manière que définie à propos des fig. 2 et 7. Ces évidements peuvent en outre être ménagés dans l'élément intermédiaire 21 sur tout ou partie de la longueur de ce dernier. II en est de même de l'évidement 32, si la semelle en trois élé ments, au lieu d'être en matière composite comme illus tré par la fig. 6 est en métal.
En outre, dans le cas où la semelle est en matière composite, on note que la pression unitaire de freinage étant constante sur toute la section, l'effort de freinage sur la bande adjacente au chemin de roulement 4 du bandage de roue, du côté opposé au boudin 1, se trouve sensiblement réduit du fait de la présence de l'évidement 31, par rapport à ce qu'il est dans le cas de semelles de forme classique. Cette disposition atténue donc la ten dance au refoulement latéral du métal sur le flanc 3, refoulement qui, lorsqu'il atteint une certaine valeur, nécessite l'usinage des bandages.
Enfin, la présence sous le fond des évidements 30 à 32 d'une lèvre de matière suffisamment épaisse, permet de conserver une bonne rigidité à la semelle et une bonne adhésion entre la partie frottante et l'armature métallique.