FR2793818A1

FR2793818A1 - Elastomer sole for supporting railtrack on crosspiece comprises cavity defining resting zone for rail runner with surface measuring from one to ten times size of inner lateral wall of cavity

Info

Publication number: FR2793818A1
Application number: FR9906391A
Authority: FR
Inventors: Christian Noel
Original assignee: AVON SPENCER MOULTON
Current assignee: AVON SPENCER MOULTON
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-11-24
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: WO2000071815A1; DE60016199T2; AU4928900A; EP1180174B1; DE60016199D1; FR2793818B1; ATE283392T1; EP1180174A1

Abstract

Elastomer sole (1) comprises cavity (10) ending on lower side (1b), and defining peripheral resting zone (11) for rail runner. Resting zone is flat, and its surface is always between one and ten times size of inner lateral wall (10a) of cavity. This ratio is called shape factor. This geometry allows filtration level of vibrations equal or larger than 0.45 for extreme static load, from 20 to 100 KN, and for dynamic overload, from 20 to 80 KN.

Description

La présente invention concerne une semelle en élastomère pour le support d'un rail de chemin de fer sur une traverse. The present invention relates to an elastomer sole for supporting a railway rail on a cross member.

Il existe des semelles telles que celle décrite dans le FR 2630 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. There are soles such as that described in FR 2 630 466 of the type comprising a lower face in contact with the cross member and an upper face in contact with the rail, and the least one cavity providing a peripheral support zone for the rail pad.

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 railà l'état libre ni une bonne filtration des vibrationsà haute énergie du railà l'état chargé, dues essentiellementà des défauts majeurs du contact rail/roue. However, the stiffness of these soles varies in a hyperbolic manner depending on the support forces exerted by the rail during the passage of a train, which does not allow to obtain a satisfactory damping of the rail vibrations including audible vibrations (500-5000 Hz) from rail to free state and good vibration filtration to high energy rail to loaded state , mainly due to major defects of the rail / wheel contact.

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. It results in significant noise pollution as well as premature wear of the various support elements (crossbar, ballast, platform ...) and fastening (spring, blade, stop ...) of the 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. The present invention aims to solve this technical problem reliably and effectively by optimizing the mechanical behavior of the sole in response to the vibrations of the rail ; this optimization being conducted by acting in particular on the formulation of the elastomer and / or the geometry of the sole.

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 façonà ce que le rapport des raideurs sécantes prises respectivement entre des valeurs de charge statique de 20 et100 KN et des valeurs de surcharge dynamique de 20 et 80 KN, soit supérieur ou égalà 0,45. This object is achieved according to the invention by means of a sole of the above type, characterized in that the peripheral support zone is flat and its surface is between one and ten times the surface of the inner side wall of said cavity, so to as the ratio of the secant stiffnesses respectively taken between static load values of 20 and 100 KN and dynamic overload values of 20 and 80 KN, greater than or equal to 0.45.

La raideur sécante est assimilableà la pente de la droite joignant deux points correspondant aux déflexions mesurées pour des valeurs de charges ou de surcharges extrêmes. The secant stiffness is assimilated to the slope of the line joining two points corresponding to the deflections measured for extreme values of loads or overloads.

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 chargeà l'essieu par la déflexion dueà 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 correspondà 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. The static or dynamic secant stiffness (which is related to the sudden variations of loads due to shocks) is defined as being equal to the ratio of a quarter of the load to the axle by the deflection due to this only load by deducing therefore the depression caused by the intrinsic and permanent load of the elements of the way (rail, crosses, fasteners-). In addition, the overload corresponds to a total load resulting from the sum of the static load and the dynamic overload related to shocks. Thus, this ratio of secant stiffness corresponds to the filtering power of the sole and reflects the efficiency of the filtering, when the sole is subjected to the effects resulting from the major defects of the contact rail / wheel.

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 façonà limiter éventuellement la rotation du rail sous l'effet d'efforts latéraux. According to an advantageous characteristic of the invention, said cavity is located such that the minimum of stiffness is located on the median axis of the upper face so as to to possibly limit the rotation of the rail under the effect of lateral forces.

Selon une autre caractéristique, ladite cavité a des génératrices parallèlesà la normaleà la face supérieure. According to another feature, said cavity has generatrices parallel to the normal to the upper face.

Selon encore une autre caractéristique, ladite cavité est cylindrique et débouche sur la face inférieure de la semelle. According to yet another characteristic, said cavity is cylindrical and opens on the underside of the sole.

De préférence, ladite cavité a un axe de révolution et possède une paroi latérale interneà 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. Preferably, said cavity has an axis of revolution and has an inner side wall to curvilinear and preferably oval. According to a first variant, the periphery of said cavity is oval. According to another variant, 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 allows a saving of material.

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 O'c et 400c. According to yet another characteristic, said sole is made of an elastomeric material whose modulus of elasticity is substantially stable over a temperature range between O'c and 400c.

Selon d'autres caractéristiques, la profondeur de ladite cavité représente au moins80% de l'épaisseur totale. According to other features, the depth of said cavity is at least 80% of the total thickness.

Selon une variante de réalisation, ladite cavité est unique et centrée sur la face supérieure. According to an alternative embodiment, said cavity is unique and centered on the upper face.

Selon une autre variante, la semelle comporte six cavités. According to another variant, the sole comprises six cavities.

Selon encore une autre caractéristique, l'épaisseur de la semelle est comprise entre 4 et 12 mm, et de préférence, entre7 et9 mm. According to yet another characteristic, the thickness of the soleplate is between 4 and 12 mm, and preferably between 7 and 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 ouà plots. The soleplate of the invention provides a significant reduction in airborne noise generated by the vibrations of the rail during the passage of the trains relative to resilient soles known type ribbed or to pads.

Cet affaiblissement des nuisances sonores s'accompagne en outre, d'une diminution de l'usure des composants de la vole (traverse, attaches, ballast... ) et permet ainsi une prolongation de leur durée de vie tout en offrant conjointement une économie substantielle des frais de maintenance. This attenuation of noise is also accompanied by a decrease in the wear of the components of the flight (crossbar, fasteners, ballast ...) and allows an extension of their duration of life while at the same time offering substantial savings in maintenance costs.

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. Furthermore, the sole of the invention has, to low load, greater stiffness than traditional soles, which facilitates the initial operations of laying and adjusting the rail during the realization of the way.

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. In addition, this property allows at the same time to reduce the stresses of which the sole is the seat at rest under load, which lessens the fatigue of the sole.

Ainsi, la semelle présente-t-elle un comportement mécanique quasi uniforme, quelle que soit la charge dans le domaine d'application envisagé (20à 100KN). Thus, the soleplate exhibits a quasi-uniform mechanical behavior, whatever the load in the intended field of application (20 to 100KN).

Enfin la semelle de l'invention est réalisée de façon simple et économique, par exemple, par moulage d'une matière élastomèreà base de caoutchouc naturel ou synthétique formulée pour répondre aux exigences des différents cahiers des charges. Finally, the sole of the invention is made simply and economically, for example, by molding an elastomer material to based on natural or synthetic rubber formulated to meet the requirements of the various specifications.

L'invention sera mieux compriseà la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins et aux tableaux qui suivent dans lesquels: - les figures1 à 6 représentent des vues de dessus de divers modes de réalisation de la semelle de l'invention; - la figureIA représente une vue en coupe transversale du mode de réalisation de la figure1 ; - la figure7 est un graphe représentant les pouvoirs filtrants des modes de réalisation des figures1 à 6 et ceux de semelles antérieures. Us figures8A 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. The invention will be better understood by reading the description which follows with reference to the following drawings and tables in which: - Figures 1 to 6 show top views of various embodiments of the sole of the invention ; - Figure IA represents a cross-sectional view of the embodiment of Figure 1; - Figure 7 is a graph representing powers filters of the embodiments of Figures 1 to 6 and those of anterior soles. 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.

Us figures9A 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. Figures 9A and 9B show the variations in tangential stiffness as a function of the load by comparing the soles of the invention, respectively vis-à-vis the anterior flanges and between them.

La semelle1 représentée sur les figures1 à 6 est destinéeà être montée sur une traverse de chemin de fer en vue de supporter un rail (non représenté). The sole 1 shown in Figures 1 to 6 is intended to be mounted on a railway sleeper to support a rail ( not shown).

Cette semelle comprend une face supérieure la au contact du patin du rail et une face inférieurelb au contact de la traverse. This sole comprises an upper face in contact with the rail pad and a lower face lb in contact with the cross member.

Uaxe médian X de la semelle correspondà la position normale de support du rail. The median X axis of the sole corresponds to the normal rail support position.

La semelle comprend au moins une cavité10 débouchant, de préférence, sur la face inférieurelb en ménageant une zone périphérique11 d'appui pour le patin de rail, dans les modes de réalisation des figures1 à 5, la semelle comporte une seule cavité tandis que dans celui de la figure6, elle comporte six cavités. Les bords latéraux de la semelle1 sont pourvus d'encoches12 destinéesà interdire ou tout au moinsà limiter le cheminement du rail par coopération avec le dispositif d'attache (non représenté). The soleplate comprises at least one cavity 10 opening, preferably on the underside lb by providing a peripheral zone 11 of support for the rail shoe, in the embodiments of Figures 1 to 5, the sole has a single cavity while in that of the figure 6, it has six cavities. Side edges of sole 1 are provided with notches 12 intended to to prohibit or at least to limit the path of the rail by cooperation with the attachment device (not shown).

Quel que soit le mode de réalisation envisagé, pour l'invention, la zone d'appui11 est toujours plane et sa surface est comprise entre une et dix fois la surface de la paroi latérale interne 10a de la cavité10. Le coefficient dit de forme, correspondant au rapport de ces deux surfaces, est donné dans le tableau ci-après. Whatever the embodiment envisaged, for the invention, the bearing zone 11 is always flat and its surface is between one and ten times the surface of the inner lateral wall 10a of the cavity 10. The so-called shape coefficient, corresponding to the ratio of these two surfaces, is given in the table below.

Cette géométrie spécifique permet d'obtenir un pouvoir de filtration des vibrations supérieur ou égalà 0,45 pour des valeurs extrêmes de charge statique de 20 et 100KN et de surcharge dynamique de 20 et 80KN. This specific geometry makes it possible to obtain a vibration filtration power greater than or equal to 0.45 for static load extreme values of 20 and 100KN and dynamic overload of 20 and 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. The filtration power is defined as the ratio of the secant stiffness corresponding respectively to the static loads and dynamic overloads considered. The values obtained according to the invention for this power are given in the table below.

La semelle est réalisée avec un matériau élastomère dont le module d'élasticité est sensiblement stable sur une plage de température comprise entre O'c et 40"c. The sole is made of an elastomeric material whose modulus of elasticity is substantially stable over a temperature range between O'c and 40 "c.

La cavité est ici unique et centrée sur la semelle1, 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 cavité10 est cylindrique et sa paroi latérale interne a des génératrices parallèlesà la normaleà la face supérieure la tandis que sa profondeur représente au moins80% de l'épaisseur totale de la semelle 1 comme représenté sur la figure lA où subsiste un voile13 de matière formant le fond10b. Le cas échéant, ce voile13 peut s'étendre de façon intercalaire dans la cavité10, entre le niveau des faces supérieure et inférieure. Le fond l0b obture, vers le haut, la cavité10 en interdisant ainsi toute pénétration d'eau ou de particules étrangères, et en assurant, en outre, une bonne isolation électrique de ladite cavité de façonà éviter l'apparition d'arc électriqueà l'intérieur de cette dernière. The cavity is here unique and centered on the sole 1, but in a more general way, this cavity is positioned so that the minimum of stiffness is obtained on the median axis X. The cavity 10 is cylindrical and its inner sidewall has generatrices parallel to the normal to the upper face la while its depth is at least 80 % of the total thickness of the sole 1 as shown in Figure lA where there is a veil 13 of material forming the bottom 10b. If necessary, this veil 13 can extend between the level of the upper and lower faces in the cavity 10 . Bottom 10b closes, upwardly, the cavity 10 thus preventing any penetration of water or foreign particles, and furthermore ensuring good electrical insulation of said cavity in a manner to avoid the appearance of electric arc to inside the latter.

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 correspondentà des épaisseurs respectives de7 mm et9 mm. The thickness of the sole is generally between 4 mm and 12 mm, depending on the intended applications. Embodiments exemplified herein and presented in the table and graphs correspond to at respective thicknesses of 7 mm and 9 mm.

Sur les figures1, 2 et3, la cavité10 a un axe de révolution et possède une paroi latérale interne 10a dont le profil est curviligne. In the figures 1, 2 and 3, the cavity 10 has an axis of revolution and has an inner side wall 10a whose profile is curvilinear .

Sur la figure1, le pourtour de la cavité10 est ovale tandis que sur les figures 2 et3, ce pourtour est circulaire. In Figure 1, the perimeter of the cavity 10 is oval whereas in Figures 2 and 3, this circumference is circular.

Sur les figures 4 et5, la cavité10 a un contour polygonal respectivement en losange et en carré. In FIGS. 4 and 5, the 10 cavity has a polygonal contour in rhombus and in square, respectively.

Sur la figure6, 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. In Figure 6, the cavities have a circular peripheral edge. The table below gives, on the one hand, for different sole embodiments of the invention, and on the other hand, for other previous soles, the corresponding values of the shape coefficients and those of the filtering powers.

Le graphe de la figure7 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. The graph of the figure 7 represents the values of the filtering power as a function of the secant static stiffness for different embodiments of the sole of the invention (dotted box) and for the anterior soles.

Les graphes des figures8A et 8B représentent les variations de déflexion en fonction de la charge appliquée pour différents modes de réalisation de l'invention comparésà des semelles antérieures. The graphs of Figures 8A and 8B represent the deflection variations as a function of the load applied for different embodiments of the invention compared to of the anterior flanges.

Les graphes des figures9A et 9B représentent les variations de la raideur tangentielle comparées entre les différents modes de réalisation de l'invention et des semelles antérieures.

The graphs of Figures 9A and 9B represent the variations in tangential stiffness compared between the various embodiments of the invention and the anterior soles.

Claims

CLAIMS 1. An elastomer sole for supporting a railway rail on a cross member, of the type comprising upper (la) and lower (1b) faces and at least one cavity (10a) providing a peripheral bearing area (11) for the rail pad, characterized in that the peripheral bearing area is flat and its surface is between one and ten times the surface of the inner side wall (10a) of said cavity (10), to as the ratio of the secant stiffnesses respectively taken between load values Static values of 20 and 100KN and dynamic overload values of 20 and 80 KN, which is greater than or equal to at 0.45. The sole of claim 1, characterized in that said cavity (10) is located such that the minimum stiffness is located on the median axis (X). ) of the upper face (la). 3. Sole according to claim 1, characterized in that the wall (10a) of said cavity (B) (10) has parallel generatrices. to the normal to the top (the) side. 4. Sole according to one of claims 1 to 3, characterized in that said cavity (10) is cylindrical and opens on the underside (1b) 5. Sole according to one of the preceding claims, characterized in that said cavity (10) has an axis of revolution and has an inner side wall. (10a) to curvilinear circumference. 6. Sole according to claim 5, characterized in that the periphery of said cavity (10) is oval. 7. Sole according to one of claims 1 to 4, characterized in that said cavity (10) has a polygonal contour. 8. Sole according to one of the preceding claims, characterized in that it is made with an elastomeric material whose modulus of elasticity is substantially stable over a temperature range between O'c and 40'C. 9. Sole according to one of the preceding claims, characterized in that the depth of said cavity (10) represents at least 80% of the total thickness. 10. Sole according to one of the preceding claims, characterized in that said cavity (10) is unique and centered. 11. Sole according to one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises six cavities. 12. Sole according to one of the preceding claims, characterized in that its thickness is between 4 and 12 mm, and preferably between 7 and 9 mm.