EP1180174B1 - Semelle en elastomere pour le support d'un rail de chemin de fer sur une traverse - Google Patents

Semelle en elastomere pour le support d'un rail de chemin de fer sur une traverse Download PDF

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EP1180174B1
EP1180174B1 EP00931309A EP00931309A EP1180174B1 EP 1180174 B1 EP1180174 B1 EP 1180174B1 EP 00931309 A EP00931309 A EP 00931309A EP 00931309 A EP00931309 A EP 00931309A EP 1180174 B1 EP1180174 B1 EP 1180174B1
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Avon Rubber PLC
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01BPERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B9/00Fastening rails on sleepers, or the like
    • E01B9/68Pads or the like, e.g. of wood, rubber, placed under the rail, tie-plate, or chair
    • E01B9/685Pads or the like, e.g. of wood, rubber, placed under the rail, tie-plate, or chair characterised by their shape
    • E01B9/686Pads or the like, e.g. of wood, rubber, placed under the rail, tie-plate, or chair characterised by their shape with textured surface

Definitions

  • the present invention relates to an elastomer sole for the support of a railway rail on a sleeper.
  • the object of the present invention is to solve this problem reliably and efficiently by optimizing behavior sole mechanics in response to rail vibrations; this optimization being carried out by acting in particular on the formulation of the elastomer and / or the geometry of the sole.
  • peripheral support area is plane and its surface is between one and ten times the surface of the inner side wall of said cavity, so that the ratio of secant stiffnesses taken respectively between load values static of 20 and 100 KN and dynamic overload values of 20 and 80 KN, which is greater than or equal to 0.45.
  • the secant stiffness is comparable to the slope of the straight line joining two points corresponding to the deflections measured for values of extreme loads or overloads.
  • the secant static or dynamic stiffness (which is relative to sudden changes in load due to shocks) is defined as equal to the ratio of a quarter of the axle load by the deflection due to this single charge, therefore deducting the depression caused by the intrinsic and permanent load of track elements (rail, sleeper, ties ).
  • the overload corresponds to a total charge resulting of the sum of the static charge and the dynamic overload related to shocks.
  • this ratio of secant stiffnesses corresponds to the filtering capacity of the sole and translates the effectiveness of filtering, when the sole is subject to the effects resulting from major contact faults rail / wheel.
  • said cavity is located so that the minimum stiffness is located on the median axis of the upper face so as to possibly limit the rotation of the rail under the effect of lateral forces.
  • said cavity has generators parallel to normal on the upper side.
  • said cavity is cylindrical and opens onto the underside of the sole.
  • said cavity has an axis of revolution and has an internal side wall with curvilinear periphery and preferably oval.
  • the periphery of said cavity is oval.
  • said cavity has a polygonal contour.
  • This specific geometry of the cavity limits the creep of the elastomer towards the interior of the cavity, which saves material.
  • said sole is produced with an elastomeric material with a modulus of elasticity substantially stable over a temperature range between 0 ° C and 40 ° C.
  • the depth of said cavity represents at least 80% of the total thickness.
  • said cavity is unique and centered on the upper side.
  • the sole has six cavities.
  • the thickness of the sole is between 4 and 12 mm, and preferably between 7 and 9 mm.
  • the sole of the invention provides a significant reduction in the air noise generated by rail vibrations during the passage of trains compared to known resilient soles of the fluted type or pads.
  • This weakening of noise pollution is accompanied by in addition, a reduction in the wear of track components (cross member, fasteners, ballast %) and thus allows an extension of their service life while jointly offering a substantial cost saving maintenance.
  • the sole of the invention has, at low load, greater stiffness than traditional soles, which facilitates the initial operations of laying and adjusting the rail during production of the way.
  • the sole of the invention is produced in a simple and economical, for example, by molding an elastomeric material based natural or synthetic rubber formulated to meet requirements of the different specifications.
  • Figures 8A and 8B are graphs comparing deflections obtained under different loads with the soles according to the invention, respectively vis-à-vis the prior art and between them.
  • Figures 9A and 9B show the variations in stiffness tangential as a function of the load by comparing the flanges of the invention, respectively with respect to the anterior soles and between they.
  • the sole 1 shown in Figures 1B to 6 is intended to be mounted on a railway sleeper to support a rail (not shown).
  • This sole includes an upper face 1a at contact of the rail pad and a lower face 1b in contact with the
  • the median X axis of the sole corresponds to the normal position rail support.
  • the sole includes at least one opening cavity 10, preferably on the underside 1b, leaving an area support device 11 for the rail pad, in the modes of embodiment of Figures 1 to 5, the sole has a single cavity while that in that of Figure 6, it has six cavities. Edges sides of sole 1 are provided with notches 12 intended to prevent or at least to limit the path of the rail by cooperation with the attachment device (not shown).
  • the support zone 11 is always flat and its surface is between a and ten times the surface of the internal side wall 10a of the cavity 10.
  • the coefficient called shape, corresponding to the ratio of these two surfaces, is given in the table below.
  • This specific geometry provides a power of vibration filtration greater than or equal to 0.45 for values extremes of static load of 20 and 100KN and dynamic overload from 20 and 80KN.
  • Filtration power is defined as the ratio of secant stiffnesses corresponding respectively to static loads and dynamic overloads considered. The values obtained, according to the invention for this power, are given in the table below.
  • the sole is made of an elastomeric material, the elastic modulus is substantially stable over a temperature range between 0 ° C and 40 ° C.
  • the cavity here is unique and centered on the sole 1, but of more generally, this cavity is positioned so that the minimum stiffness is obtained on the median axis X.
  • the cavity 10 is cylindrical and its internal side wall has generators parallel to normal to the upper face 1a while its depth represents at least 80% of the total thickness of the sole 1 as shown in FIG. 1A where a veil 13 of material remains forming the bottom 10b. If necessary, this veil 13 can extend so interlayer in the cavity 10, between the level of the upper faces and lower.
  • the bottom 10b closes, upwards, the cavity 10 by preventing thus any penetration of water or foreign particles, and ensuring, in addition, good electrical insulation of said cavity so as to avoid the appearance of an electric arc inside the latter.
  • the thickness of the sole is generally between 4 mm and 12 mm, depending on the applications envisaged.
  • the modes of realization exemplified here and presented on the table and graphs correspond to respective thicknesses of 7 mm and 9 mm.
  • the cavity 10 has an axis of revolution and has an internal side wall 10a whose profile is curvilinear.
  • the periphery of the cavity 10 is oval while in Figures 2 and 3, this periphery is circular.
  • the cavity 10 has a polygonal outline in rhombus and square respectively.
  • the cavities have a circular peripheral edge.
  • the graph in Figure 7 represents the values of power filtering according to the secant static stiffness for different modes production of the sole of the invention (dotted frame) and for the anterior soles.
  • the graphs in FIGS. 8A and 8B represent the variations of deflection as a function of the load applied for different modes of realization of the invention compared to anterior soles.
  • the graphs in FIGS. 9A and 9B represent the variations in the tangential stiffness compared between the different embodiments of the invention and of the anterior soles.

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Description

La présente invention concerne une semelle en élastomère pour le support d'un rail de chemin de fer sur une traverse.
Il existe des semelles telles que celle décrite dans le FR 2 630 466 du type comprenant une face inférieure au contact de la traverse et une face supérieure au contact du rail, et au moins une cavité ménageant une zone périphérique d'appui pour le patin de rail.
Cependant, la raideur de ces semelles varie de façon hyperbolique en fonction des efforts d'appui exercés par le rail lors du passage d'un train, ce qui ne permet pas d'obtenir un amortissement satisfaisant des vibrations du rail et notamment des vibrations audibles (500-5000 Hz) du rail à l'état libre ni une bonne filtration des vibrations à haute énergie du rail à l'état chargé, dues essentiellement à des défauts majeurs du contact rail/roue.
Il en résulte des nuisances acoustiques importantes ainsi qu'une usure prématurée des divers éléments de support (traverse, ballast, plate-forme...) et de fixation (ressort, lame, butée...) du rail.
La présente invention a pour but de résoudre ce problème technique de manière fiable et efficace en optimisant le comportement mécanique de la semelle en réponse aux vibrations du rail ; cette optimisation étant conduite en agissant notamment sur la formulation de l'élastomère et/ou la géométrie de la semelle.
Ce but est atteint selon l'invention au moyen d'une semelle du type précédent, caractérisée en ce que de la zone périphérique d'appui est plane et sa surface est comprise entre une et dix fois la surface de la paroi latérale interne de ladite cavité, de façon à ce que le rapport des raideurs sécantes prises respectivement entre des valeurs de charge statique de 20 et 100 KN et des valeurs de surcharge dynamique de 20 et 80 KN, soit supérieur ou égal à 0,45.
La raideur sécante est assimilable à la pente de la droite joignant deux points correspondant aux déflexions mesurées pour des valeurs de charges ou de surcharges extrêmes.
La raideur sécante statique ou dynamique (qui est relative aux variations brutales de charges dues aux chocs) est définie comme étant égale au rapport du quart de la charge à l'essieu par la déflexion due à cette seule charge en déduisant donc l'enfoncement provoqué par la charge intrinsèque et permanente des éléments de la voie (rail, traverse, attaches...).
En outre, la surcharge correspond à une charge totale résultant de la somme de la charge statique et de la surcharge dynamique liée aux chocs.
Ainsi, ce rapport des raideurs sécantes correspond-t-il au pouvoir filtrant de la semelle et traduit l'efficacité du filtrage, lorsque la semelle est soumise aux effets résultant des défauts majeurs du contact rail/roue.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite cavité est localisée de telle sorte que le minimum de raideur soit situé sur l'axe médian de la face supérieure de façon à limiter éventuellement la rotation du rail sous l'effet d'efforts latéraux.
Selon une autre caractéristique, ladite cavité a des génératrices parallèles à la normale à la face supérieure.
Selon encore une autre caractéristique, ladite cavité est cylindrique et débouche sur la face inférieure de la semelle.
De préférence, ladite cavité a un axe de révolution et possède une paroi latérale interne à pourtour curviligne et de préférence ovale.
Selon une première variante, le pourtour de ladite cavité est ovale.
Selon une autre variante, ladite cavité a un contour polygonal.
Cette géométrie spécifique de la cavité limite le fluage de l'élastomère vers l'intérieur de la cavité, ce qui permet une économie de matière.
Selon encore une autre caractéristique, ladite semelle est réalisée avec un matériau élastomère dont le module d'élasticité est sensiblement stable sur une plage de température comprise entre 0°C et 40°C.
Selon d'autres caractéristiques, la profondeur de ladite cavité représente au moins 80% de l'épaisseur totale.
Selon une variante de réalisation, ladite cavité est unique et centrée sur la face supérieure.
Selon une autre variante, la semelle comporte six cavités.
Selon encore une autre caractéristique, l'épaisseur de la semelle est comprise entre 4 et 12 mm, et de préférence, entre 7 et 9 mm.
La semelle de l'invention procure une réduction significative du bruit aérien généré par les vibrations du rail lors du passage des trains par rapport aux semelles résilientes connues du type cannelées ou à plots.
Cet affaiblissement des nuisances sonores s'accompagne en outre, d'une diminution de l'usure des composants de la voie (traverse, attaches, ballast...) et permet ainsi une prolongation de leur durée de vie tout en offrant conjointement une économie substantielle des frais de maintenance.
Par ailleurs, la semelle de l'invention présente, à faible charge, une plus grande raideur que les semelles traditionnelles, ce qui facilite les opérations initiales de pose et de réglage du rail lors de la réalisation de la voie.
Au surplus, cette propriété permet dans le même temps de réduire les contraintes dont la semelle est le siège au repos sous charge, ce qui amoindrit la fatigue de la semelle.
Ainsi, la semelle présente-t-elle un comportement mécanique quasi uniforme, quelle que soit la charge dans le domaine d'application envisagé (20 à 100KN).
Enfin la semelle de l'invention est réalisée de façon simple et économique, par exemple, par moulage d'une matière élastomère à base de caoutchouc naturel ou synthétique formulée pour répondre aux exigences des différents cahiers des charges.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins et aux tableaux qui suivent dans lesquels :
  • les figures 1B à 6 représentent des vues de dessus de divers modes de réalisation de la semelle de l'invention ;
  • la figure 1A représente une vue en coupe transversale du mode de réalisation de la figure 1B ;
  • la figure 7 est un graphe représentant les pouvoirs filtrants des modes de réalisation des figures 1B à 6 et ceux de semelles antérieures.
Les figures 8A et 8B sont des graphes comparant des déflexions obtenues sous différentes charges avec les semelles selon l'invention, respectivement vis-à-vis de l'art antérieur et entre elles.
Les figures 9A et 9B représentent les variations de la raideur tangentielle en fonction de la charge en comparant les semelles de l'invention, respectivement vis-à-vis des semelles antérieures et entre elles. La semelle 1 représentée sur les figures 1B à 6 est destinée à être montée sur une traverse de chemin de fer en vue de supporter un rail (non représenté). Cette semelle comprend une face supérieure 1a au contact du patin du rail et une face inférieure 1b au contact de la traverse.L'axe médian X de la semelle correspond à la position normale de support du rail.
La semelle comprend au moins une cavité 10 débouchant, de préférence, sur la face inférieure 1b en ménageant une zone périphérique 11 d'appui pour le patin de rail, dans les modes de réalisation des figures 1 à 5, la semelle comporte une seule cavité tandis que dans celui de la figure 6, elle comporte six cavités. Les bords latéraux de la semelle 1 sont pourvus d'encoches 12 destinées à interdire ou tout au moins à limiter le cheminement du rail par coopération avec le dispositif d'attache (non représenté).
Quel que soit le mode de réalisation envisagé, pour l'invention, la zone d'appui 11 est toujours plane et sa surface est comprise entre une et dix fois la surface de la paroi latérale interne 10a de la cavité 10. Le coefficient dit de forme, correspondant au rapport de ces deux surfaces, est donné dans le tableau ci-après.
Cette géométrie spécifique permet d'obtenir un pouvoir de filtration des vibrations supérieur ou égal à 0,45 pour des valeurs extrêmes de charge statique de 20 et 100KN et de surcharge dynamique de 20 et 80KN.
Le pouvoir de filtration est défini comme étant le rapport des raideurs sécantes correspondant respectivement aux charges statiques et surcharges dynamiques considérées. Les valeurs obtenues, selon l'invention pour ce pouvoir, sont données dans le tableau ci-après.
La semelle est réalisée avec un matériau élastomère dont le module d'élasticité est sensiblement stable sur une plage de température comprise entre 0°C et 40°C.
La cavité est ici unique et centrée sur la semelle 1, mais de manière plus générale, cette cavité est positionnée de telle sorte que le minimum de raideur soit obtenu sur l'axe médian X.
La cavité 10 est cylindrique et sa paroi latérale interne a des génératrices parallèles à la normale à la face supérieure 1a tandis que sa profondeur représente au moins 80% de l'épaisseur totale de la semelle 1 comme représenté sur la figure 1A où subsiste un voile 13 de matière formant le fond 10b. Le cas échéant, ce voile 13 peut s'étendre de façon intercalaire dans la cavité 10, entre le niveau des faces supérieure et inférieure. Le fond 10b obture, vers le haut, la cavité 10 en interdisant ainsi toute pénétration d'eau ou de particules étrangères, et en assurant, en outre, une bonne isolation électrique de ladite cavité de façon à éviter l'apparition d'arc électrique à l'intérieur de cette dernière.
L'épaisseur de la semelle est généralement comprise entre 4 mm et 12 mm, en fonction des applications envisagées. Les modes de réalisation exemplifiés ici et présentés sur le tableau et les graphes correspondent à des épaisseurs respectives de 7 mm et 9 mm.
Sur les figures 1B, 2 et 3, la cavité 10 a un axe de révolution et possède une paroi latérale interne 10a dont le profil est curviligne.
Sur la figure 1B, le pourtour de la cavité 10 est ovale tandis que sur les figures 2 et 3, ce pourtour est circulaire.
Sur les figures 4 et 5, la cavité 10 a un contour polygonal respectivement en losange et en carré.
Sur la figure 6, les cavités ont un bord périphérique circulaire.
Le tableau ci-après donne, d'une part, pour différents modes de réalisation de semelle selon l'invention, et d'autre part, pour d'autres semelles antérieures, les valeurs correspondantes des coefficients de forme et celles des pouvoirs filtrants.
Le graphe de la figure 7 représente les valeurs du pouvoir filtrant en fonction de la raideur statique sécante pour différents modes de réalisation de la semelle de l'invention (encadrement pointillés) et pour les semelles antérieures.
Les graphes des figures 8A et 8B représentent les variations de déflexion en fonction de la charge appliquée pour différents modes de réalisation de l'invention comparés à des semelles antérieures.
Les graphes des figures 9A et 9B représentent les variations de la raideur tangentielle comparées entre les différents modes de réalisation de l'invention et des semelles antérieures.
Figure 00060001

Claims (12)

  1. Semelle en élastomère pour le support d'un rail de chemin de fer sur une traverse, du type comprenant des faces supérieure (1a) et inférieure (1b) et au moins une cavité (10a) ménageant une zone périphérique d'appui (11) pour le patin de rail,
       caractérisée en ce que la zone périphérique d'appui est plane et sa surface est comprise entre une et dix fois la surface de la paroi latérale interne (10a) de ladite cavité (10), de façon à ce que le rapport des raideurs sécantes prises respectivement entre des valeurs de charge statique de 20 et 100KN et des valeurs de surcharge dynamique de 20 et 80 KN, soit supérieur ou égal à 0,45.
  2. Semelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite cavité (10) est localisée de telle sorte que le minimum de raideur soit situé sur l'axe médian (X) de la face supérieure (1a).
  3. Semelle selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la paroi (10a) de ladite cavité (10) a des génératrices parallèles à la normale à la face supérieure (1a).
  4. Semelle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite cavité (10) est cylindrique et débouche sur la face inférieure (1b).
  5. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite cavité (10) a un axe de révolution et possède une paroi latérale interne (10a) à pourtour curviligne.
  6. Semelle selon la revendication 5, caractérisée en ce que le pourtour de ladite cavité (10) est ovale.
  7. Semelle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite cavité (10) a un contour polygonal.
  8. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est réalisée avec un matériau élastomère dont le module d'élasticité est sensiblement stable sur une plage de température comprise entre 0°C et 40°C.
  9. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la profondeur de ladite cavité (10) représente au moins 80% de l'épaisseur totale.
  10. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite cavité (10) est unique et centrée.
  11. Semelle selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte six cavités.
  12. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que son épaisseur est comprise entre 4 et 12 mm, et de préférence, entre 7 et 9 mm.
EP00931309A 1999-05-20 2000-05-18 Semelle en elastomere pour le support d'un rail de chemin de fer sur une traverse Expired - Lifetime EP1180174B1 (fr)

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