WO1997042376A1 - Procede et dispositif de fixation de rails de voie ferree - Google Patents

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Patrick Vanhonacker
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Patrick Vanhonacker
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    • 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. It relates more particularly to a rail fixing method.
  • Current rail fastening devices comprise at least one sole made of elastic material which gives elasticity to the wheel / rail assembly so that a certain vibration isolation from dynamic forces towards the environment is obtained.
  • the first flexural resonance frequency of the wheel / rail assembly is conditioned by the dynamic stiffness of the soles.
  • This resonant frequency is inversely proportional to the anti-vibration performance of the rail fixing system: a low resonance frequency gives better anti-vibration insulation than a high resonant frequency.
  • the first resonance frequency of the wheel / rail assembly is reduced, which gives rise to a good anti-vibration filter.
  • the best filter is therefore obtained with the lowest dynamic stiffness of the soles.
  • the dynamic stiffness is directly related to the static stiffness of the soles.
  • the static stiffness of the soles cannot be too low because it directly influences the deflection of the rails when the vehicles pass over the rails. This deflection of the rails is generally limited to approximately 3 mm.
  • the resonant frequency is between 35 Hz and 60 Hz.
  • the fixing and insulation functions must be completely decoupled: this is achieved in systems of the floating slab type where the rails are fixed on a slab which itself is isolated from the environment by anti-vibration studs between the slab and the floor (or ground).
  • the resonant frequency is between 10 Hz and 25 Hz approximately, which gives a better anti-vibratoi ⁇ re filter.
  • the object of the present invention is to give the rail fixing devices anti-vibration insulation performance close to that obtained with a floating slab and at the same time to ensure good rail stability.
  • Figure 1 shows a typical rail fixing device.
  • Figure 2 shows a static deflection curve typical of an anti-vibration sole.
  • a typical rail fixing device with two elastic stages comprises the following members:
  • the anti-vibration soles have a static deflection curve as shown in Figure 2. On this curve there are three areas:
  • the anti-vibration sole 2 when fixing a rail, the anti-vibration sole 2 is given a preload such that the sole 2 always works in its zone of linear behavior (zone B in FIG. 1).
  • the significant preload (some ten thousand N) applied to the sole is created by two or four springs which apply preload to the anti-vibration sole between the saddle or the cross member and the base. This prestress can also be created by the toads in the case of a fixing system with a single elastic stage.
  • the rail fastening device on the basis of the technical data of the seat of the track and of the rolling material, is defined by taking account in the first place of the performance in anti-vibration isolation ( or wheel / rail resonance frequency) requested. These performances generally impose a low dynamic stiffness.
  • the required static stiffness is derived (depending on the material of the sole). With this static stiffness, one generally arrives at large static displacements of the rail, not tolerated.
  • the prestressing is given to the sole which is such that the difference between the displacement of the rail before prestressing and after prestressing remains less than the tolerated displacement of the rail (in general 3 mm).
  • the sole is chosen in such a way that it works in its linear zone with the preload and the additional load which comes on it during the passage of a wheel.

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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Abstract

Dans un dispositif de fixation du rail reposant sur un support par l'intermédiaire d'une semelle anti-vibratoire, on applique à cette semelle une précontrainte telle 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 de manière à limiter les déflexions statiques du rail tout en assurant l'isolation anti-vibratoire voulue.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FIXATION DE RAILS DE VOIE FERREE
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.
±1 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 der¬ nière 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 fré¬ quence 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'en¬ semble 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 sys¬ tèmes 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 dynami¬ que 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 classi¬ ques, 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'envi¬ ronnement 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-vibratoi¬ re. Ces derniers systèmes sont cependant très chers, et difficiles à entretenir.
La présente invention a pour but de donner aux disposi¬ tifs 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 nouveau procédé de fixation de rail tel que défini dans les revendications. On donne une précharge importante à la semelle anti-vibratoire, cette précharge étant telle que la semelle anti-vibratoire travaille dans sa zone de comportement linéaire. 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 com¬ portement 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 sta¬ tique apparente élevée avec une raideur dynamique faible.
L'invention est exposée plus en détails dans la des¬ cription 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 défle¬ xion 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 fixa¬ tion 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 défle¬ xion 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 rou¬ lant, le dispositif de fixation de rail est défini en tenant compte en premier lieu des performances en iso¬ lation 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 stati¬ que 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 préfé¬ rence, 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 1•ensemble roue/ rail de 22 Hz (isolation similaire à la dalle flottan¬ te) , 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 pour la semelle anti-vibratoire 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. On peut par exemple utiliser un produit microcellulaire quasi- isotrope tel que du polyuréthane à structure mixte.
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, 5mm, ce qui est tout à fait acceptable. Le système reste néanmoins très souple dynamiquement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fixation d'un rail reposant sur un sup¬ port par l'intermédiaire d'une semelle anti-vibratoire (2), caractérisé en ce que l'on applique à la semelle anti-vibratoire (2) une précontrainte telle que le point de fonctionnement de la semelle anti-vibratoire (2) soit toujours maintenu dans la zone de comporte¬ ment linéaire de ladite semelle anti-vibratoire de ma¬ nière à limiter les déflexions statiques du rail tout en assurant l'isolation anti-vibratoire voulue.
2. Dispositif de fixation d'un rail, comprenant une semelle anti-vibratoire (2) et des moyens de serrage réglable (6, 4), caractérisé en ce que la semelle anti¬ vibratoire (2) est mise sous précontrainte conformément au procédé suivant la revendication 1.
3. Dispositif de fixation d'un rail suivant la revendi¬ cation 2, caractérisé en ce que les moyens de serrage sont réglés pour appliquer la précontrainte voulue à la semelle anti-vibratoire.
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