EP0837969B1 - Procede et dispositif de fixation de rails de voie ferree - Google Patents

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EP0837969B1 EP97917958A EP97917958A EP0837969B1 EP 0837969 B1 EP0837969 B1 EP 0837969B1 EP 97917958 A EP97917958 A EP 97917958A EP 97917958 A EP97917958 A EP 97917958A EP 0837969 B1 EP0837969 B1 EP 0837969B1
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B9/00—Fastening rails on sleepers, or the like
    • E01B9/68—Pads or the like, e.g. of wood, rubber, placed under the rail, tie-plate, or chair
    • E01B9/685—Pads or the like, e.g. of wood, rubber, placed under the rail, tie-plate, or chair characterised by their shape

Definitions

  • the present invention is in the field of support devices for railroad tracks. She relates more particularly to a fixing method of rail.
  • Current rail fasteners include at least one sole made of elastic material which gives elasticity to the wheel / rail assembly so that either obtained a certain vibration isolation from the forces dynamic towards the environment.
  • the first bending resonance frequency of the wheel / rail assembly is conditioned by the stiffness dynamic soles.
  • This resonant frequency is inversely proportional to the anti-vibration performance of the rail fastening system: a frequency low resonance gives better insulation anti-vibration than a high resonant frequency.
  • Dynamic stiffness is directly related to the static stiffness of soles.
  • the static stiffness of the soles cannot be too weak because it directly influences rail deflection when passing vehicles on rails. This deflection of the rails is generally limited to approximately 3 mm.
  • the current resonant frequency is between 35 Hz and 60 Hz.
  • the object of the present invention is to provide devices fixing rail insulation performance anti-vibration close to those obtained with a floating slab and at the same time ensuring good rail stability.
  • the sole anti-vibration is pre-stressed using springs so that the operating point of the anti-vibration soleplate is always kept in the linear behavior zone of said sole anti-vibration under the effect of a charge circulating on the rail.
  • Figure 1 shows a typical rail fixing device.
  • Figure 2 shows a static deflection curve typical of an anti-vibration sole.
  • the rail fixing device is defined in primarily taking into account insulation performance anti-vibration (or resonant frequency wheel / rail) requested. These performances require generally a weak dynamic stiffness.
  • the sole is chosen in such a way that it works in its linear zone with prestressing and the extra load that comes on when passage of a wheel.

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  • Linear Motors (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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Description

La présente invention s'inscrit dans le domaine des dispositifs de support pour rails de voie ferrée. Elle concerne plus particulièrement un procédé de fixation de rail.
Les dispositifs de fixation de rail actuels comportent au moins une semelle en matériau élastique qui donne une élasticité à l'ensemble roue/rail de sorte que soit obtenue une certaine isolation vibratoire des efforts dynamiques vers l'environnement.
Il y a presque toujours un étage élastique (semelle assez rigide) directement en dessous du rail. Il y a souvent une deuxième semelle plus souple en dessous d'une selle métallique ou d'une traverse. Cette dernière semelle assure l'isolation anti-vibratoire.
La première fréquence de résonance en flexion de l'ensemble roue/rail est conditionnée par la raideur dynamique des semelles. Cette fréquence de résonance est inversement proportionnelle à la performance anti-vibratoire du système de fixation de rail : une fréquence de résonance basse donne une meilleure isolation anti-vibratoire qu'une fréquence de résonance élevée.
Avec des semelles qui ont une raideur dynamique faible, on réduit la première fréquence de résonance de l'ensemble roue/rail, ce qui donne lieu à un bon filtre anti-vibratoire. Le meilleur filtre est donc obtenu avec la plus faible raideur dynamique des semelles.
Il y a cependant une limite physique inférieure à cette raideur dynamique des semelles utilisées dans les systèmes de fixation de rail actuels. La raideur dynamique est en relation directe avec la raideur statique des semelles. La raideur statique des semelles ne peut pas être trop faible du fait qu'elle influence directement la déflexion des rails lors du passage des véhicules sur les rails. Cette déflexion des rails est en général limitée à 3 mm environ. Pour la plupart des dispositifs de fixation actuels la fréquence de résonance se situe entre 35 Hz et 60 Hz.
Cette limite de déflexion statique du rail impose une raideur statique minimale, et ainsi une raideur dynamique minimale de la semelle. Ce phénomène limite les performances d'isolation anti-vibratoire des systèmes de fixation de rail actuels.
Pour arriver à une performance d'isolation supérieure à celle obtenue avec les systèmes de fixation classiques, on doit découpler complètement les fonctions de fixation et d'isolation : ceci est réalisé dans des systèmes du type dalle flottante où les rails sont fixés sur une dalle qui elle-même est isolée de l'environnement par des plots anti-vibratoires entre la dalle et le radier (ou sol). Pour une dalle flottante, la fréquence de résonance se situe entre 10 Hz et 25 Hz environ, ce qui donne un meilleur filtre anti-vibratoire. Ces derniers systèmes sont cependant très chers, et difficiles à entretenir.
La présente invention a pour but de donner aux dispositifs de fixation de rail des performances d'isolation anti-vibratoires proches de celles obtenues avec une dalle flottante et d'assurer en même temps une bonne stabilité au rail.
Cet objectif est atteint suivant l'invention par un procédé et un dispositif de fixation de rail tels que définis dans les revendications. On applique à la semelle anti-vibratoire une précontrainte élastique qui modifie le point de fonctionnement de la semelle anti-vibratoire de manière qu'il soit toujours maintenu dans la zone de comportement linéaire de ladite semelle anti-vibratoire sous l'effet d'une charge circulant sur le rail. Lorsqu'une roue passe sur le rail au-dessus d'un dispositif de fixation, la charge devient plus importante, mais la semelle anti-vibratoire continue à fonctionner dans sa zone de comportement linéaire. Les déflexions statiques du rail se trouvent ainsi limitées tout en assurant l'isolation anti-vibratoire voulue. Le procédé suivant l'invention assure ainsi pour la fixation du rail une raideur statique apparente élevée avec une raideur dynamique faible.
Dans le dispositif suivant l'invention, la semelle anti-vibratoire est mise sous précontrainte à l'aide de ressorts de manière que le point de fonctionnement de la semelle anti-vibratoire soit toujours maintenu dans la zone de comportement linéaire de ladite semelle anti-vibratoire sous l'effet d'une charge circulant sur le rail.
L'invention est exposée plus en détails dans la description qui suit avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 représente un dispositif de fixation de rail typique.
La figure 2 montre une courbe de déflexion statique typique d'une semelle anti-vibratoire.
Se reportant à la figure 1, un dispositif de fixation de rail typique à deux étages élastiques compend les organes suivants :
  • 1. selle métallique
  • 2. semelle anti-vibratoire sous selle (éventuellement sous traverse)
  • 3. semelle anti-vibratoire sous rail
  • 4. crapaud d'attache
  • 5. bouton d'ancrage
  • 6. ressort
  • 7. isolation électrique
  • 8. rail
  • 9. béton, bois, acier, etc.
    • Les semelles anti-vibratoires ont une courbe de déflexion statique telle que montré en figure 2. Sur cette courbe on distingue trois zones :
  • 1. une zone non-linéaire de mise en charge (A),
  • 2. une zone linéaire dans laquelle le produit doit fonctionner (B),
  • 3. une zone non linéaire, non exploitable (C).
    • Il est important de travailler en continu dans la zone linéaire du produit du fait que la charge réelle est quasi-statique et rapide (passage de roues). De cette façon on évite de passer chaque fois dans la zone non linéaire de mise en charge.
    Suivant l'invention, lors de la fixation d'un rail on donne à la semelle anti-vibratoire 2 une précharge telle que la semelle 2 travaille toujours dans sa zone de comportement linéaire (zone B sur la figure 1).
    La précontrainte importante (quelque dix mille N) appliquée à la semelle est créée par deux ou quatre ressorts qui appliquent une précontrainte à la semelle anti-vibratoire entre la selle ou la traverse et le radier. Cette précontrainte peut aussi être créée par les crapauds dans le cas d'un système de fixation à un seul étage élastique.
    Il est à noter qu'il existe déjà des systèmes de fixation de rail à deux étages élastiques avec des ressorts mais dont le seul but est de tenir mécaniquement la selle ou la traverse en place et de permettre la déflexion de la selle. La précontrainte sur ces ressorts n'est néanmoins que de quelques milliers de N.
    Conformément à l'invention, sur la base des données techniques de l'assise de la voie et du matériel roulant, le dispositif de fixation de rail est défini en tenant compte en premier lieu des performances en isolation anti-vibratoire (ou fréquence de résonance roue/rail) demandées. Ces performances imposent en général une faible raideur dynamique.
    De cette raideur dynamique on dérive la raideur statique demandée (fonction de la matière de la semelle). Avec cette raideur statique, on arrive en général à des déplacements statiques du rail importants, non tolérés. L'on donne une précontrainte à la semelle qui est telle que la différence entre le déplacement du rail avant précontrainte et après précontrainte reste inférieur au déplacement toléré du rail (en général 3 mm). De préférence, la semelle est choisie de telle façon qu'elle travaille dans sa zone linéaire avec la précontrainte et la charge supplémentaire qui vient dessus lors du passage d'une roue.
    Pour un système de fixation de rail type UIC 60 sur béton, un travelage de 60 cm, une masse non suspendue du véhicule de 1.000 kg, une charge à l'essieu de 180 kN et une fréquence de résonance de l'ensemble roue/ rail de 22 Hz (isolation similaire à la dalle flottante), on a besoin d'une raideur dynamique de la semelle élastique dans le système de fixation d'environ 10 kN/mm (calcul par la méthode des éléments finis).
    En utilisant un produit avec une raideur statique égale à la raideur dynamique, on obtient une déflexion du rail de 4,5 mm avec la charge à l'essieu considérée.
    Si l'on donne une précontrainte de l'ordre de 30 kN à la semelle, ce qui correspond à environ 3 mm de déflexion, la déflexion du rail lors du passage de la roue est de l'ordre de 1,5 mm, ce qui est tout à fait acceptable. Le système reste néanmoins très souple dynamiquement.

    Claims (4)

    1. Procédé de montage d'un rail de voie ferrée sur une structure de support (9), le rail (8) étant fixé sur une selle métallique (1) qui repose sur une semelle anti-vibratoire (2), caractérisé en ce que l'on place sous la selle métallique (1) une semelle anti-vibratoire constituée d'un composé ayant une rigidité statique et une rigidité dynamique pratiquement égales, on fixe la selle (1) et la semelle anti-vibratoire (2) sur la structure de support (9) au moyen de dispositifs de serrage élastiques réglables comprenant chacun un ressort (5, 6), et on ajuste les dispositifs de serrage réglables pour appliquer à la semelle anti-vibratoire (2) un effort de précontrainte d'au moins 10 kN environ, la semelle étant mise sous précontrainte de manière que le point de fonctionnement de la semelle anti-vibratoire (2) soit toujours maintenu dans la zone de comportement linéaire de ladite semelle anti-vibratoire sous l'effet d'une charge circulant sur le rail.
    2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajuste les dispositifs de serrage élastiques réglables (5, 6) pour appliquer à la semelle anti-vibratoire (2) un effort de précontrainte égal à environ 30 kN.
    3. Dispositif de support de rail pour voie ferrée comprenant une selle métallique (1) reposant sur semelle anti-vibratoire (2), des premiers moyens de fixation (4) fixant le rail (8) sur la selle (1) et des seconds moyens de fixation (5, 6) fixant la selle (1) et la semelle anti-vibratoire (2) sur une structure de support (9), caractérisé en ce que la semelle anti-vibratoire (2) est constituée d'un composé ayant une rigidité statique et une rigidité dynamique pratiquement égales, et en ce que les seconds moyens de fixation (5, 6) sont constitués de dispositifs de serrage élastiques réglables comprenant chacun un ressort, les dispositifs de serrage élastiques réglables (5, 6) appliquant à la semelle anti-vibratoire (2) un effort de précontrainte d'au moins 10 kN environ, la semelle étant mise sous précontrainte de manière que le point de fonctionnement de la semelle anti-vibratoire (2) soit toujours maintenu dans la zone de comportement linéaire de ladite semelle anti-vibratoire sous l'effet d'une charge circulant sur le rail.
    4. Dispositif de support de rail de voie ferrée suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'une deuxième semelle anti-vibratoire (3) se trouve disposée entre le rail (8) et la selle métallique (1).
    EP97917958A 1996-05-03 1997-04-30 Procede et dispositif de fixation de rails de voie ferree Expired - Lifetime EP0837969B1 (fr)

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