WO2003076246A1 - Systeme pour le transport de vehicules routiers sur trains - Google Patents

Systeme pour le transport de vehicules routiers sur trains Download PDF

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WO2003076246A1
WO2003076246A1 PCT/FR2003/000758 FR0300758W WO03076246A1 WO 2003076246 A1 WO2003076246 A1 WO 2003076246A1 FR 0300758 W FR0300758 W FR 0300758W WO 03076246 A1 WO03076246 A1 WO 03076246A1
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vehicles
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Jean Pierre Desmoulins
Alain Margery
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Jean Pierre Desmoulins
Alain Margery
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D47/00—Loading or unloading devices combined with vehicles, e.g. loading platforms, doors convertible into loading and unloading ramps
    • B61D47/005—Loading or unloading devices combined with road vehicles carrying wagons, e.g. ramps, turntables, lifting means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D3/00—Wagons or vans
    • B61D3/16—Wagons or vans adapted for carrying special loads
    • B61D3/18—Wagons or vans adapted for carrying special loads for vehicles
    • B61D3/182—Wagons or vans adapted for carrying special loads for vehicles specially adapted for heavy vehicles, e.g. public work vehicles, trucks, trailers

Definitions

  • the object of the invention is to allow to embark road vehicles - trailers, trucks, passenger cars - as well as containers or swap bodies on trains made up of special wagons suitable for high speed (160 km h and more ), whose loading level is lowered to make the best use of the existing network, to climb the steepest ramps of the network (35 per 1,000 or more), and to limit downtime to transshipment stations to a minimum ( about six minutes) so that the speed on the tracks and the overall efficiency of the infrastructure can be optimized.
  • These reduced downtime will allow for a tight network of stations (100 to 200 km away) without penalizing users who travel long distances: in fact, the combination of train speed and short stops, allows significant commercial speed.
  • the proximity of the stations between them allows, by increasing the number of embarkation or disembarkation points on the route, to offer a better service to the users, and to improve the profitability of the system, as well as to better distribute on the territory the nuisance concentration points that constitute stations.
  • the speed of these trains comparable to that of passenger trains, makes it possible to optimize the speed on the lines by simplifying their control, including in the situation where, on certain sections, passenger traffic and piggyback traffic coexist.
  • the whole uses simple principles of modularity and techniques from the field of industrial automation, in order to reduce the costs of using the system and to quickly reach the profitability of the necessary investments.
  • the basic principle is not to load the road elements, trucks, trailers, ..., directly on wagons, but to use an intermediate support called "passable”: a kind of large pallet capable of receiving a truck, a road trailer, containers or even cars.
  • the trains are made up of special low-frame wagons specially designed to load passenger cars.
  • the stations, which are specially adapted to this type of traffic consist of a road traffic area connected to the road or motorway network, an area comprising the tracks for stopping trains, and an intermediate area located between the two previous ones, in which the passable areas are handled by automated devices.
  • the crux of the invention is in the presence of this "site" of automated loading and unloading, which implies the definition of the practicable as basic module handled by the said site, and which induces the total restructuring of the train as a whole able to load and move passables.
  • This "site" of automated loading and unloading implies the definition of the practicable as basic module handled by the said site, and which induces the total restructuring of the train as a whole able to load and move passables.
  • To reach high speeds it is necessary to cover the wagons, because road trailers designed for speeds of the order of 100 km / h cannot be left in the open air. Covering the wagons in this way provides another functionality: fire protection, especially in tunnels.
  • To cross significant slopes it is necessary to motorize the wagons, which gives the trains significant accelerations allowing them to better integrate into traffic: this requires to distribute the motorization along the trains and to develop them as "self-propelled "in the railway sense
  • Plate N ° 7 represents, with Figure N ° 11, 12, the passable carrier cradle
  • Board N ° 12 represents, with figure N ° 20, a device for storing passable vehicles at the station in the area of the automated site facing a wagon,
  • Board N ° 13 represents in profile, with figure N ° 21, the setting up cycle of the automanipulator under the wagon, for taking charge of the practicable,
  • Plate N ° 14 represents in top view, with Figure N ° 22, the relative positioning of a wagon and a self-handling device with a view to taking over or depositing a passenger on a wagon by the automanipulateur,
  • Figures N ° 2, 3, 4, 5 and 6 of boards N ° 2, 3 and 4 schematically represent the principle of the mobile system called "passable". It constitutes the load-bearing structure of the wagon, which will lock onto the rolling parts which will be detailed according to the figures in plates No. 5, 6 and 7.
  • the floor area is made up of an overall structure (1 ) with double wall which forms a shell producing a "U" profile of variable thickness. This shell ends with two beams (2), located in the upper part of the vertical cheeks (3) of the "U”, which extend far beyond the length of the "U” profile and serve as support and fixing on the plate. of the wagon while reporting the effects of the load inside the axles.
  • the upper wall (4) of the shell (1) corrugated in the width direction ensures the transverse rigidity of the floor area by the presence of the folds (5) and against folds (6) necessary for its realization.
  • This rigidity is reinforced by the incorporation of the central half beam (7) running over the entire length of the floor area and whose additional functionality will be better understood after the description of the figures of the boards N ° 5, 6, and 7.
  • the lower wall (8) flat ensures removal to the ground. In the central part, this wall follows the profile of the upper wall (4) to create a free central passage over the entire length of the floor area. Laterally two cheeks, (3) natural continuities of the elements (4, 8) ensure by their bending upwards the main longitudinal rigidity of the assembly, which comes to complete the central half beam (7).
  • the connections between the beams (2) and the walls external (3) end with gussets (10) which have the role of reinforcing the mechanical resistance of the beam (2).
  • the ends of the beams (2) are equipped with anchors (11) which ensure the embedding and the locking of the passable in the platform of the bogies.
  • folds (9) are produced, the upper level of which will be identical to that of the central beam (7), thus defining a flat surface allowing the removal of a 40-foot container, of a European box. 45 feet, or two 20-foot containers, inside the floor.
  • the shape of the platforms can be adapted to more specific products such as, for example, cars, empty trailers that could be loaded on two levels, as described on Plate No. 3.
  • the walkable instead of being made of metal by cutting, folding, welding techniques, can consist of a double shell of composite materials, the whole being assembled around the two beams (2) which would keep all their functionality and a filling material according to the principle of "structural counter molding". It will be noted that other materials, other methods of manufacture and other forms are possible for the passable, which would not call into question the principle of the present invention.
  • the figures of plates N ° 5, 6 and 7 show the elements of a special wagon, which includes two bogies of ends N ° 5-6. Each bogie supports two plates supports (14) which ensure the articulation of the train and receive on offset planes (17) the ends (2) of the walkables.
  • the plates (14) extend at the feet of the walls (21) of counter plates (15), the functionality of which will be better described in Plate No. 13.
  • the counter plates (15) of two successive bogies are connected together by a beam of attachment (19) to constitute - Figures N ° 11 and 12 - the longitudinal connection structure of the train in the absence of the passable surface described in Figure N ° 2.
  • the connections between two counter plates (15) and the beam d 'fastener (19) are provided at each end of the beam (19) by rigid recesses (20). Not allowing the transmission of tensile forces during the running of the train, the beam (19) however ensures at station stop maintaining the interval necessary for the passage of the passable between the walls (21) of two consecutive bogies ; it allows the passage from one bogie to another all along the train, electrical fluids for power and control, braking circuits, connections, etc.
  • the beam (19) has the same thickness as the counter plates (15) in which it fits.
  • each plate (14) of the bogies On the plates (14) of the bogies are integrated ruptures of levels (17), with regard to the bosses (11) described in the plate N ° 2, they ensure by embedding and in the presence of the passables the rigidity of the convoy. In the axis of the ruptures (17) of the plates (14) are incorporated the assemblies (22) - jacks, knee pads ... - for locking the passable (2).
  • Each plate (14) has two anchor points, a bogie therefore has four anchor points: two for the upstream passable, two for the downstream passable.
  • the connection between the plate (14) and the bogie is ensured by a horizontal longitudinal damping system (25) located at the center of articulation of each half-wagon.
  • each anchor is in the form of a cylindrical plate (24) embedded in the chassis of the bogie and a mobile (23) - itself fixed to the plate (14) - caught between the two springs (25 ) which have the function: • to keep the anchoring centered in the absence of practicable (therefore longitudinal effort), train stopped, • to absorb the longitudinal stresses in the different phases of dynamic operation of the train .
  • a directional hydraulic compensation system (26-27) composed of hydraulic cylinders whose action, which could be described as programmable springs and dampers, is to soften the connection to low speed, especially in small radius curves, and on the contrary to harden the connection when the train travels at high speed on straight tracks or large radius curves.
  • the floor area has at its center and in the direction of the length of a cavity in the form of half beam (7) which while allowing to reinforce its rigidity allows its embedding in the fastening beam (19) of the wagon.
  • This embedding function is one of the key elements of the invention.
  • This system can be installed either on bogies or in stations.
  • the description of plates N ° 13, 14 will allow a better understanding of the need.
  • Figure N ° 8 of Plate N ° 6 and Figure N ° 13 of Plate N ° 8 represent what could be three-axle bogies each comprising two free axles (28) and a driving axle (29), which is linked to an assembly consisting of an electric motor (31), a reduction gear (32), a transmission, all ensuring the motorization of the bogie.
  • the reduction gear can have a fixed ratio or constitute a gearbox with several ratios.
  • an electronic control and power supply group (34) specific to each bogie is installed.
  • This electromechanical assembly will be incorporated in a frame (33), integral with the bogie plate (30), capable of ensuring its protection.
  • connection to the control station installed at the head of the train will be carried out by an electric line of the bus type, preferably direct current, for power, and by a set of control signals: computer network, security signals.
  • control signals computer network, security signals.
  • the bogies with two or three axles, may comprise only free axles (28) in sufficient number to meet the constraints of the loads.
  • the motorization of the train must be done in a traditional way, by traditional power cars.
  • the logic of this solution would be to make the decision to limit the bogie to two axles, which must allow the axle load of 22.5 tonnes, and would limit the length of a wagon equivalent to 17.5 m instead 19 m, but with severe drawbacks, especially on mountain lines.
  • the figures in Plate N ° 9 describe a response to the constraints imposed, namely the dressing of the wagon to allow speeds of the order of 200 km / h, to ensure fire safety, to reduce aerodynamic resistance and noise at high speed. These figures make it possible to have a vision in place of the various elements of the invention while giving a visual perspective of a load.
  • the design of this covering is strongly linked to the space which will be freed up by the calculation of the mechanical stresses supported by the platform of the wagon, that is to say the floor area described with the figures in plate No. 2, by the template maximum of the infrastructure on which the trains (tunnels) will be used and by the height of the trailers which are admitted by the system.
  • the design of the frame (33), described in the figure of plate N ° 8, comprises a watertight partition (32) separating this frame into two distinct zones: one reserved for the power, regulation and 'servo, the other to the establishment of a gas reserve (46) and an injection assembly (45).
  • a control system equipped with sensors capable of detecting smoke or heat sources, can activate a set of solenoid valves which ensure the diffusion of an inert gas, such as carbon dioxide. We can thus extinguish or at least contain a fire.
  • the covering is part of the wagon, the covering is then designed from the cradle described in figures N ° 11,12 of the board N ° 7 to which is added at each end a hoop (34) integral with the plate (14), the whole following the profile of the frames (33) described in the figures of board N ° 8.
  • the jack (35) which allows the lifting of the one-piece cover (36) running between the two hoops (34) to form the top cover of the wagon along a transverse profile offering sufficient resistance to bending. This lifting is made necessary to free the floor area from the beam (19) and the embedments (17).
  • the two lateral faces can be produced by pivoting doors (37-38) which, from the roof (36) which supports them by a set of articulations, are raised by sets of cables (39) and pulleys (40).
  • the latter in sufficient number and judiciously distributed over the length of the structure, make it possible to carry out the lifting from a central axis (41) integral with the roof (36) supported by a geared motor (42).
  • the floor area described by the figures in plate No. 2 serves as a support base for the panels (37-38) and ensures the low tightness of the structure.
  • the ends are sealed against the frames (33) by flexible or inflatable seals, which have the secondary function of limiting the noises due to the relative movements of the elements between them.
  • the oar head and tail elements are constructed as follows. As for the wagons making up the train, these elements are constructed with a chassis whose central part is the same level with respect to the rails as the passables at the time of their entry by the passable handling system. At the end, head or tail of the train, there is a structure made up of the driver's cab, block system sensors, remote transmission elements between the track and the train, the train control system, safety elements, a passive bogie (60), a motorized bogie (14) and pantographs.
  • a difficulty posed by the use of this principle is that, in a station where we exchange energy blocks, assuming that we always use the same track for traffic in the even direction and the other in the odd direction, we would be forced to recycle the energy blocks between the even path and the odd path: they arrive on one path and leave on the other! This is not a big problem: we will see later that the handling device provided in stations would be able to transfer the energy blocks over long distances, and we can consider recycling them above or below. trains, by transferring them through a level crossing, or by a special device located between the even track and the odd track. We will not detail this particular point of the implementation of the invention.
  • a circulation area (50) having a smooth horizontal floor in which the self-propelled vehicles move.
  • this circulation zone (50) is lower than the rails (52) and themselves lower than the road circulation zone (51).
  • the level of the embarkation / disembarkation quay (51) must be at the same level as the underside of the passable on the train in the disengaged position of the beam (19) and that the offset between the levels (50 -51) must allow the passage of the self-manipulating F, with the construction constraints which result therefrom.
  • This space (50) can be provided with wire-guiding devices integrated into the ground and interactive landmark systems, which allow the automanipulators to find their way and move around on the ground.
  • the passable are placed and propped on the ground on the level of road traffic (51). Embarkation / disembarkation of road vehicles is done at level, "while driving" for trailers and tractors.
  • an access ramp (55) is provided which is articulated and integral with the quay.
  • the access ramp would then be partially or totally integrated into the practicable.
  • the auto-manipulator slides under a walk-in to take it over or, on the contrary, place it on the quay.
  • the self-manipulator On the side of the track, the self-manipulator has its upper part at the level of the bottom of the floor exit from the beam (19), which allows it to be loaded / unloaded onto / from the train by a horizontal transverse movement easy to perform.
  • Figure N ° 20 of plate N ° 12 shows the waiting platform (51) which presents repetitive structures, cells (54) in the shape of a "T" located along the length of the station perpendicular to the direction of travel of the oar.
  • the "T" shapes allow on the upper wings of two successive "T” s the removal of a walkable and the passage of the automanipulator between the uprights created by the legs of the "T” s. This makes it possible to make the best use of the space available in width to ensure the stability of the load by widening the seat of the auto-manipulator to the maximum.
  • the self-manipulator has on top of two raceways (71), located at the end of a structure whose length will be much less than the value defined by the walls (21) of two successive bogies connected to the same connecting bar (19) described according to figure N ° 11 of plate N ° 7.
  • the chamfered front shapes (72) of these raceways will come at the moment of the penetration of the self-manipulator under the wagon and be positioned under the counter plate (15 ) of the wagon described by plate No. 7.
  • Between the raceways (71) and the passable are positioned sets of rollers (73) which allow the displacement of the load under the combined action of the translation systems (74 and 75) screw or jack.
  • the first (74) is directly connected to the raceways (73) to ensure that no slipping occurs during movement
  • the second (75) is supported by the arms (76) in reservations in lower part of the floor area described in Figure No. 2.
  • To achieve the engagement and disengagement of the fingers (76) in the floor area they are pivoted under the action of the jacks (77). This set of pivoting fingers will ensure the locking of the floor area on the auto-manipulator during these movements between the different working positions.
  • the application of this principle - well visualized by the phases of figure N ° 21 of plate N ° 13 - authorizes a displacement of the load between the wagon and F automanipulator.
  • the cantilever effect caused by the passage of the load from one to the other, is canceled by the embedding of the counter plates (15) previously described and the specific shape of the ends of the raceways (72 ).
  • the movement of the auto-manipulator is ensured by 4 gear-motor groups (79) each mounted on a vertical axis pivoting by more than 180 °, under the action of either a centralized control (78) or by the installation in each group of advance of two independent motors (79). Everything is controlled by the electronics on board the automanipulator and slaved in direction to the guidance system.
  • the self-manipulating computer system may also include a reading system identifying the edge of the wagon or the cell, as well as systems for exchanging computer data with the station, by radio network or other means, and / or with the train or even with the passable by the use of electronic labels readable from a distance.
  • a reading system identifying the edge of the wagon or the cell
  • systems for exchanging computer data with the station by radio network or other means, and / or with the train or even with the passable by the use of electronic labels readable from a distance.
  • One of the essential elements of the invention is to allow the use of the maximum of the section available in the profile of a railway infrastructure, due in particular to the embedding of the passable in the connecting beam (19). To allow the exit of the floor area it is therefore necessary to provide a lifting system. It is possible, as already written, to equip the wagons with this system, in this case the jacks are incorporated in the plate (14) under the beams (2) of the floor area (1). However, it is also possible to equip stations with this device which will be incorporated between the rails, opposite each wagon stop, by groups of two jacks (81), the upper parts of which are located on the same level as the track. The assembly constituted by these four cylinders is capable of lifting a load of the order of 50 tonnes, must be regulated in speed to guarantee a uniform lifting of a passable.
  • the principle of the invention will not be changed by incorporating under the automanipulator an additional air cousin lift system (80) to lighten the pressure on the ground and thereby limit the forces on the wheels and the size of the mechanical parts acting on said wheels.
  • These incorporations by a judicious implantation will be used for lifting the load at the different positions of support and will replace the lifting cylinders (70) on the auto-manipulator: in fact the operation of the air cousin will cause an increase of 30 to 60 mm .
  • the auto-manipulator could therefore circulate on its wheels (empty), on an air cushion (under load).
  • the wheels held on the ground by appropriate active suspensions, would serve to provide propulsion and guidance.
  • the first "unloading" sequence is: 1. stop and relative positioning of the train,
  • the second "loading" sequence is:
  • the self-manipulator engages in a cell, under a walk-around ready to go,
  • the third "boarding" sequence assumes an empty floor space in place in a cell on the roadside platform.
  • the fourth "disembarkation" sequence involves an alveolus on the empty road platform. 26. the driver dismounts from the service wagon and joins the cell where his vehicle will disembark,
  • the self-manipulator comes to deposit a walk-around on the edges of the cell
  • the station operates on the assumption that only one of the two sides of the track is equipped with loading / unloading / embarkation / disembarkation devices. This leaves the other side available for a passenger platform and / or another lane in the opposite direction. But one could imagine, for intensive use of a station, for example at the end of a line, that the two sides of the track are used for automated loading / unloading, with eight cells available at the right of each train car.
  • a first approach to the problem consists in thinking that piggybacking is a solution of spatial and temporal continuity between the road and the rail.
  • the first level of system design takes this problem into account, both for heavy goods vehicles and for light vehicles accompanied by their driver. But economic analysis shows that an important source of profitability, as far as goods are concerned, is not to move road tractors or their drivers, but only trailers, containers or swap bodies. In the latter case, if spatial continuity is always essential, the station being the link between road and rail, it is clear that one can - and that one must even - introduce waiting times at the boarding or disembarking and no longer strictly respecting time continuity.
  • trailers or containers embarking alone on the rail must be brought to a piggyback station with a road tractor and, in the second case, a container trailer. Ditto when they landed. When boarding there will not necessarily be places available immediately on the train. When disembarking, the tractor and the driver are not necessarily available at the precise moment when they are needed. In addition, piggybacking with a driver will probably be more frequent during the day, without a driver at night. It is therefore more than likely that in the latter case, the delivery of trailers or containers for deferred embarkation will mainly take place on evening, their removal at the station in the morning.
  • the train filling rate being an important parameter of profitability, it is interesting for the operator to have trailers or containers in the stations, ready to board, which allows better filling of the trains. All this leads to structuring the piggyback station to ensure these two functions: management of vehicles with immediate loading and removal and management of trailers and containers with loading and delayed collection.
  • Cycles 3 and 6 concern trailers or containers transported by a road tractor and / or a container trailer.
  • Cycles 4 and 5 concern transfers of trailers or containers by specialized vehicles, internal to the station, driven by agents. This type of machine poses no technical problem and exists, in particular in port or railway sites, for handling road trailers or containers.
  • a maneuvering area in line with the cells, allowing vehicles to line up with the cells, • temporary waiting zones (104), different for heavy goods vehicles and light vehicles, intended to allow the fluidity of boarding and disembarking maneuvers.
  • the overall number of passables is much higher than that of wagons, since at a given time we can count one passable per rolling wagon plus two to three passable per module - location for wagon - in stations . That said, the passable is a passive metal assembly, much cheaper than the rest of the wagon.

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Abstract

L'invention, destinée à transporter des véhicules routiers sur des trains, est constituée de wagons, de systèmes et de gares adaptées. Chaque wagon comprend une barre de liaison (19), reliant deux bogies, la succession bogies - barres constituant des rames, - une coque amovible (1) dénommée 'praticable', qui constitue le châssis, ouverte aux deux extrémités, dans laquelle un véhicule routier peut pénétrer, un habillage rigide sur la partie centrale. Les wagons sont aptes à supporter le poids d'une remorque routière moderne normalisée. Les trains peuvent supporter des vitesses de déplacement de l'ordre de 200 km/h et circuler sur des pentes de 35 mm/m grâce à une motorisation répartie sur les bogies. Des dispositifs de manutention automatisés installés dans les gares chargent / déchargent les praticables sur / depuis les trains. L'embarquement / débarquement des véhicules sur / depuis les praticables sont conduits en simultanéité sur plusieurs postes, pour atteindre des temps d'arrêt en gare des trains de l'ordre de 6 minutes.

Description

Position du problème et état de l'art :
Le report modal du trafic de la route vers le rail en Europe est indispensable. Des solutions existent déjà pour transporter sur le train des automobiles (navettes), des poids lourds (ferroutage), des conteneurs (transport combiné). Une solution de ferroutage appliquée en Suisse ou sous la Manche, dite "route roulante", consiste à faire embarquer des poids lourds par leur propres moyens sur une plate-forme continue constituée par des wagons spéciaux. On expérimente entre la France et l'Italie des wagons spéciaux munis d'un socle sur lequel on peut transborder un ensemble routier sans levage. Le socle est aligné avec l'axe du wagon lors de son acheminement sur la voie, et décalé d'un angle de l'ordre de 30 degrés lorsque le train est en gare : cette solution a l'avantage de permettre un chargement / déchargement partiel du train en gare, ce qui permet en théorie de prévoir des liaisons avec plusieurs segments (donc des gares intermédiaires). Ces deux solutions sont critiquables pour les raisons suivantes :
• Les opérations de transbordement, d'arrimage et de calage sont longues et immobilisent le train. Il en résulte que le système n'est performant que si les gares de transbordement sont très éloignées les unes des autres (typiquement, 500 km), sauf cas particulier des liaisons de point à point destinées à franchir des obstacles naturels.
• Du fait toujours de la longueur de ces opérations, les trains ne peuvent pas se succéder rapidement, ce qui conduit à une sous utilisation des voies. • Les vitesses qu'on peut atteindre sont limitées à ce que sont censés supporter des remorques routières (beaucoup sont munies de bâches). Dans la pratique, guère plus de ' 100 km/h en vitesse de pointe.
• La sécurité n'est pas assurée en cas d'incendie, notamment dans les tunnels à cause de l'effet d'appel d'air. Certains accidents récents dans des tunnels ferroviaires ou routiers rendent cette contrainte très critique pour les exploitants.
On part du postulat pour le présent système qu'il ne faut pas raisonner en termes de "saut d'obstacles naturels" mais dans l'optique d'un réseau maillé, à l'échelle européenne. En dehors du coût, les paramètres qui conditionnent l'acceptation d'un transbordement par fer pour les gestionnaires ou conducteurs de camions, sont le temps total du trajet de bout en bout, la proportion de ce temps décompté en temps de conduite et les éventuels suppléments de distance liés à la localisation des points d'embarquement et de débarquement : ceci conduit à rapprocher les gares les unes des autres, donc à multiplier leur nombre. Mais la diminution de la distance entre gares rend crucial, dans la détermination de la vitesse commerciale, le temps d'arrêt du train dans les gares intermédiaires. Il est donc indispensable de diminuer autant que faire se peut ce temps d'arrêt. Les systèmes de signalisation modernes permettent de faire rouler les trains assez rapprochés les uns des autres, avec un ordre de grandeur d'un train toutes trois à six minutes suivant le niveau d'équipement de la liaison. Cela suppose donc, si tous les trains doivent s'arrêter dans une gare donnée, que le temps d'arrêt soit inférieur à cette valeur (par exemple cinq à six minutes), sous peine de bloquer le système. Des contraintes technologiques doivent être prises en compte :
• Pour ce qui concerne les axes ferroviaires classiques (hors voies spéciales TGV) la difficulté est de gérer la circulation, sur un même axe de trains de voyageurs roulant à des vitesses importantes (de l'ordre de 160 km/h) et de trains de marchandises roulant à des vitesses plus faibles (de l'ordre de 100 km/h). Les contraintes qui en résultent conduisent à une sous utilisation des voies.
• La traction de trains lourds pose problème (notamment en montagne) par obligation de multiplier les locomotives : sur une pente à 30 pour mille, une locomotive (par exemple de 90 tonnes) ne peut tirer que quatre fois son poids (soit 360 tonnes) pour rester en conditions d'adhérence quelles que soient les conditions météo.
Pour réduire les temps de trajet des usagers du ferroutage et optimiser l'emploi du réseau actuel, il conviendrait de faire rouler les trains portant les véhicules routiers à une vitesse plus élevée que les trains de marchandises actuels, ce qui pose des problèmes de motorisation, mais aussi de protection (les wagons doivent être fermés et non ouverts). Pour répondre aux contraintes d'utilisation sur les lignes de montagne, on se donne comme objectif, dans la présente invention, de pouvoir faire f anchir aux trains de ferroutage des pentes de 35 mm/m : valeur couramment rencontrée sur les lignes de montagne. Bien que cela soit un problème différent et susceptible de se voir appliquer d'autres solutions (location, etc.), une partie du trafic de véhicules légers (voitures) serait susceptible d'emprunter un système combiné rail-route. Mais il est clair que la demande pour ce type de trafic est fortement liée aux horaires : il y a certainement beaucoup plus de clients potentiels pour le ferroutage de véhicules légers le jour que la nuit, et cela à condition que les vitesses commerciales soient importantes afin que les temps de trajet soient voisins de ce qu'ils peuvent être en empruntant le réseau autoroutier.
Enfin, bien qu'il existe des solutions spécifiques, trains de marchandises, wagons spéciaux, chantiers spécialisés, pour transporter des conteneurs ou des caisses mobiles par le fer, on peut se poser la question de savoir si un système de ferroutage capable de transporter des véhicules routiers ne pourrait pas, moyennant des adaptations peu coûteuses, transporter aussi des conteneurs ou des caisses mobiles. On verra ci-après que c'est tout à fait possible. Présentation des fonctionnalités des dispositifs objets de l'invention.
L'objet de l'invention est de permettre d'embarquer des véhicules routiers - remorques, camions, voitures particulières - ainsi que des conteneurs ou des caisses mobiles sur des trains constitués de wagons spéciaux adaptés à la grande vitesse (160 km h et plus), dont le niveau de chargement est surbaissé pour exploiter au mieux le réseau existant, de gravir les rampes les plus raides du réseau (35 pour 1000 voire plus), et de limiter au minimum le temps d'arrêt dans les gares de transbordement (de l'ordre de six minutes) de telle sorte qu'on puisse optimiser le débit sur les voies et l'efficacité globale de l'infrastructure. Ces temps d'arrêts réduits permettront d'avoir un maillage serré des gares (100 à 200 km de distance) sans pénaliser les usagers qui effectuent de longues distances : en effet, la combinaison de la vitesse des trains et de la brièveté des arrêts, permet une vitesse commerciale importante. La proximité des gares entre elles permet, en augmentant le nombre de points d'embarquement ou débarquement sur le trajet, d'offrir un meilleur service aux usagers, et d'améliorer la rentabilité du système, ainsi que de mieux répartir sur le territoire les points de concentration de nuisances que constituent les gares. La vitesse de ces trains, comparable à celle des trains de voyageurs, permet d'optimiser le débit sur les lignes en simplifiant leur contrôle, y compris dans la situation où sur certains tronçons coexistent du trafic voyageur et du trafic en ferroutage. Le tout utilise des principes simples de modularité et des techniques issues du domaine de l'automatisation industrielle, afin de réduire les coûts d'usage du système et de permettre d'atteindre rapidement la rentabilité des investissements nécessaires. Le principe de base est de ne pas charger les éléments routiers, camions, remorques, ..., directement sur des wagons, mais d'utiliser un support intermédiaire dénommé "praticable" : une sorte de grosse palette capable de recevoir un camion, une remorque routière, des conteneurs ou encore des automobiles. Les rames sont constituées de wagons spéciaux à châssis surbaissé spécialement conçus pour charger des praticables. Les gares, qui sont spécialement adaptées à ce type de trafic, sont constituées d'une zone de circulation routière raccordée au réseau routier ou autoroutier, d'une zone comportant les voies pour l'arrêt des trains, et d'une zone intermédiaire située entre les deux précédentes, dans laquelle les praticables sont manipulés par des dispositifs automatisés. Le nœud de l'invention est dans la présence de ce "chantier" de chargement et déchargement automatisé, ce qui implique la définition du praticable comme module de base manipulé par le dit chantier, et ce qui induit la restructuration totale du train comme un ensemble capable de charger et de déplacer des praticables. Pour atteindre des vitesses importantes, il est nécessaire de couvrir les wagons, car on ne peut laisser à l'air libre des remorques routières conçues pour des vitesses de l'ordre de 100 km/h. Le fait de couvrir ainsi les wagons permet d'assurer une autre fonctionnalité : la protection contre l'incendie, notamment dans les tunnels. Pour franchir des pentes importantes il faut motoriser les wagons, ce qui confère aux trains des accélérations importantes leur permettant de mieux s'insérer dans le trafic : cela impose de répartir la motorisation le long des trains et de développer ceux-ci comme des "automoteurs" au sens ferroviaire
Cela étant posé, il est possible pour envisager un déploiement en plusieurs étapes d'un système commercial suivant les principes de la présente invention, d'abandonner ou de différer certaines des contraintes fonctionnelles exposées ci-dessus : on aboutit ainsi à des systèmes moins chers et dont la mise en place peut demander des délais inférieurs. On citera les variantes de réalisation suivantes :
• Il est possible de ne pas mettre en place de couverture sur les wagons, laissant les véhicules routiers à l'air libre durant leur transport. Cela limite évidemment les vitesses possibles et laisse subsister le problème de sécurité face aux incendies dans les tunnels, mais à l'inverse donnerait un avantage certain en terme de gabarit ferroviaire utilisable (par exemple "Bl " au lieu de "C").
• Il est possible de ne pas s'imposer la contrainte du franchissement aisé de rampes de montagne et de renoncer aux accélérations importantes pour produire des wagons passifs traditionnels tractés par des motrices. Ces variantes seront détaillées plus loin dans la description du matériel roulant.
Description de l'invention. Le principe sera mieux compris au regard des planches N° 1 à 16 :
• la planche N° 1 représente, avec la figure N° 1, une rame,
• la planche N° 2 représente, avec les figures N° 2, 3, 4, un praticable,
• la planche N° 3 représente, avec la figure N° 5, un praticable double
• la planche N° 4 représente, avec la figure N° 6, le praticable en perspective • la planche N° 5 représente, avec la figure N° 7, le concept général d'un bogie,
• la planche N° 6 représente, avec la figure N° 8, 9, 10, un bogie simple,
• la planche N° 7 représente, avec la figure N° 11, 12, le berceau porte praticable
• la planche N° 8 représente, avec les figures N° 13, un bogie motorisé,
• la planche N° 9 représente, avec les figures N° 14, 15, un wagon avec son habillage, • la planche N°10 représente, avec les figures N° 16, 17, l'élément de tête de rame,
• la planche N° 11 représente, avec les figures N° 18, 19, un principe de déplacement des praticables en gare dans la zone du chantier automatisé,
• la planche N° 12 représente, avec la figure N° 20, un dispositif de stockage des praticables en gare dans la zone du chantier automatisé face à un wagon,
• la planche N° 13 représente de profil, avec la figure N° 21, le cycle de mise en place de F automanipulateur sous le wagon, pour la prise en charge du praticable,
• la planche N° 14 représente en vue de dessus, avec la figure N° 22, le positionnement relatif d'un wagon et d'un automanipulateur en vue de la prise en charge ou de la dépose d'un praticable sur un wagon par l'automanipulateur,
• la planche N° 15 représente, avec les figures N° 23, 24, 25, un principe d' automanipulateur,
• La planche N° 16 représente avec la figure N° 26 le principe général d'une gare.
Description du praticable.-
Les figures N° 2, 3, 4, 5 et 6 des planches N° 2, 3 et 4 représentent schématiquement le principe du système mobile appelé "praticable". Il constitue la structure porteuse du wagon, qui viendra se verrouiller sur les parties roulantes qui seront détaillées suivant les figures des planches N° 5, 6 et 7. Elément clé de l'invention, le praticable est constitué une structure d'ensemble (1) à double paroi qui forme une coque réalisant un profil en "U" d'épaisseur variable. Cette coque se termine par deux poutres (2), situées en partie haute des joues verticales (3) du "U", qui débordent très largement de la longueur du profil en "U" et servent d'appui et de fixation sur le plateau du wagon tout en reportant les effets de la charge à l'intérieur des essieux. La paroi supérieure (4) de la coque (1) ondulée dans le sens de la largeur assure la rigidité transversale du praticable de par la présence des plis (5) et des contre plis (6) nécessaires à sa réalisation. Cette rigidité est renforcée par l'incorporation de la demi poutre centrale (7) courant sur toute la longueur du praticable et dont la fonctionnalité complémentaire sera mieux comprise après la description des figures des planches N° 5, 6, et 7. La paroi inférieure (8) plate assure la dépose au sol. En partie centrale, cette paroi épouse le profil de la paroi supérieure (4) pour créer un passage central libre sur toute la longueur du praticable. Latéralement deux joues, (3) continuités naturelles des éléments (4, 8) assurent par leur pliage vers le haut la rigidité longitudinale principale de l'ensemble, que vient compléter la demi poutre centrale (7). Les liaisons entre les poutres (2) et les parois extérieures (3) se terminent par des goussets (10) qui ont pour rôles de renforcer la résistance mécanique de la poutre (2). Pour assurer la liaison avec les bogies, les extrémités des poutres (2) sont équipées d'ancrages (11) qui assurent l'encastrement et le verrouillage du praticable dans le plateau des bogies. Ces fonctionnalités seront mieux comprises après la description des figures des planches N° 5, 6 et 7.
Aux extrémités et au centre du praticable sont réalisés des pliages (9) dont le niveau supérieur sera identique à celui de la poutre centrale (7) définissant ainsi une surface plane permettant la dépose d'un conteneur de 40 pieds, d'une caisse européenne de 45 pieds, ou de deux conteneurs de 20 pieds, à l'intérieur du praticable. La forme des praticables pourra être adaptée à des produits plus spécifiques tels que par exemple des automobiles, remorques vides que l'on pourrait charger sur deux niveaux, comme décrit sur la planche N° 3.
On retiendra comme éléments fondamentaux de l'invention le principe de l'usage d'un praticable amovible et interchangeable servant de châssis au wagon, la réservation pratiquée dans sa partie inférieure, demi poutre (7), qui permet son encastrement dans la poutre de liaison des bogies (19), décrit en planche N° 5, les formes en U garantissant la meilleure rigidité de l'ensemble, le positionnement et le verrouillage sur les demi plateaux du wagon rendu possible par le dépassement des poutres supérieures (2).
Variantes en matériaux divers.
On notera que le praticable, au lieu d'être réalisé en métal par des techniques de découpe, pliage, soudure, peut être constitué d'une double coque en matériaux composites, le tout étant assemblé autour des deux poutres (2) qui garderaient toute leur fonctionnalité et d'un matériau de remplissage suivant le principe du "contre moulage structurel". On notera que d'autres matériaux, d'autres modes de fabrication et d'autres formes sont possibles pour les praticables, ce qui ne remettrait pas en cause le principe de la présente invention.
Description du wagon
Bien que l'on parle de "wagons" et de leurs bogies, en faisant référence à une conception classique de matériel ferroviaire, il faut plutôt raisonner en terme d'une succession alternant bogies et éléments intermédiaires de transport de la charge - praticables - s'appuyant à leurs extrémités sur deux bogies consécutifs, bogies qu'ils partagent avec le praticable précédant et le suivant.
Les figures des planches N° 5, 6 et 7, montrent les éléments d'un wagon spécial, qui comprend deux bogies d'extrémités planches N° 5-6. Chaque bogie supporte deux plateaux d'appuis (14) qui assurent l'articulation de la rame et reçoivent sur des plans décalés (17) les extrémités (2) des praticables. Les plateaux (14) se prolongent aux pieds des parois (21) de contre plateaux (15) dont la fonctionnalité sera mieux décrite dans la planche N° 13. Les contre plateaux (15) de deux bogies successifs sont reliés entre eux par une poutre d'attache (19) pour constituer - figures N° 11 et 12 - la structure de liaison longitudinale de la rame en l'absence du praticable décrit en figure N° 2. Les liaisons entre deux contre plateaux (15) et la poutre d'attache (19) sont assurées à chaque extrémité de la poutre (19) par des encastrements rigides (20). Ne permettant pas la transmission d'efforts de traction durant la marche du train, la poutre (19) assure cependant à l'arrêt en gare le maintien de l'intervalle nécessaire au passage du praticable entre les parois (21) de deux bogies consécutifs ; elle permet le passage d'un bogie à l'autre tout le long de la rame, des fluides électriques de puissance et de contrôle, des circuits de freinage, de liaisons, etc. La poutre (19) a la même épaisseur que les contre plateaux (15) dans lesquels elle s'encastre. Sur les plateaux (14) des bogies sont intégrées des ruptures de niveaux (17), au regard des bossages (11) décrits dans la planche N° 2, ils assurent par encastrement et en présence des praticables la rigidité du convoi. Dans l'axe des ruptures (17) des plateaux (14) sont incorporés les ensembles (22) - vérins, genouillères... - de verrouillage du praticable (2). Chaque plateau (14) dispose de deux points d'ancrage, un bogie comporte donc quatre points d'ancrage : deux pour le praticable amont, deux pour le praticable aval. La liaison entre le plateau (14) et le bogie est assuré par un système horizontal d'amortissement longitudinal (25) situé au centre d'articulation de chaque demi-wagon. Les parties actives de chaque ancrage se présentent sous la forme d'un plateau cylindrique (24) encastré dans le châssis du bogie et d'un mobile (23) - lui même fixé au plateau (14) - pris entre les deux ressorts (25) qui ont pour fonction : • de maintenir centré l'ancrage en l'absence de praticable (donc d'effort longitudinal), train à l'arrêt, • d'encaisser les contraintes longitudinales dans les différentes phases de fonctionnement dynamique de la rame. En complément de ces fonctions mécaniques il est nécessaire de prévoir un système de compensation hydraulique directionnel (26-27) composé de vérins hydrauliques dont l'action, que l'on pourrait qualifier de ressorts et amortisseurs programmables, est d'assouplir la liaison à basse vitesse, notamment dans les courbes à faible rayon, et au contraire de durcir la liaison lorsque le train circule à grande vitesse sur des voies rectilignes ou des courbes à grand rayon. Comme il est décrit dans les figures de la planche N° 2 le praticable dispose à son centre et dans le sens de la longueur d'une cavité en forme de demi poutre (7) qui tout en permettant de renforcer sa rigidité autorise son encastrement dans la poutre d'attache (19) du wagon. Cette fonction d'encastrement est l'un des éléments clés de l'invention. Pour réaliser l'engagement ou le désengagement du praticable de la poutre d'attache (19), il est nécessaire d'équiper le système d'un relevage du praticable donc de la charge. Ce système peut s'implanter soit sur les bogies soit dans les gares. La description des planches N° 13, 14 permettront de mieux en comprendre la nécessité.
Un certain nombre de variantes peuvent être décrites à partir du principe exposé ci-dessus, sans pour cela constituer une modification de la portée de l'invention.
Variante à bogies séparés.
Bien que cela paraisse moins performant en termes de coût et de contraintes d'encombrement mécanique, l'invention garderait toute sa valeur si l'on concevait des wagons monoblocs, munis chacun de deux bogies propres en extrémité, et attelés les uns aux autres suivant le schéma généralement retenu en construction ferroviaire.
Variante motorisée
La figure N° 8 de la planche N° 6 et la figure N° 13 de la planche N° 8 représentent ce que pourraient être des bogies à trois essieux comportant chacun deux essieux libres (28) et un essieu moteur (29), lequel est lié à un ensemble constitué d'un moteur électrique (31), d'un réducteur (32), d'une transmission, le tout assurant la motorisation du bogie. Le réducteur peut présenter un rapport fixe ou constituer une boite de vitesses à plusieurs rapports. En liaison avec cet ensemble mécanique est mis en place un groupe électronique de commande et d'alimentation de puissance (34) propre à chaque bogie. Cet ensemble électromécanique sera incorporé dans un bâti (33), solidaire du plateau du bogie (30), capable d'assurer sa protection. La liaison avec le poste de commande installé en tête de rame sera réalisée par une ligne électrique du type bus, de préférence à courant continu, pour la puissance, et par un ensemble de signaux de contrôle : réseau informatique, signaux de sécurité. A l'évidence on ne modifiera pas le principe de l'invention en concevant un bogie à deux ou trois essieux moteurs en lieu et place de la version décrite comportant deux essieux libres plus un motorisé. La figure N° 1 de la planche N° 1 préfigure de ce que pourrait être une succession de bogies automoteurs reliés par des poutres (19) Variante non motorisée
Les bogies, à deux ou trois essieux, peuvent comporter uniquement des essieux libres (28) en nombre suffisant pour répondre aux contraintes des charges. La motorisation du train doit se faire de manière classique, par des motrices traditionnelles. La logique de cette solution serait de prendre la décision de limiter le bogie à deux essieux, ce que doit autoriser la charge par essieu de 22,5 tonnes, et permettrait de limiter la longueur d'un équivalent wagon à 17,5 m au lieu de 19 m, mais avec de sévères inconvénients, notamment sur les lignes de montagne. Notons pour conclure que les avantages de la variante motorisée, en terme de coûts, de fabrication avec des matériels de plus faible puissance en nombre plus important pour les organes de puissance, en terme de disponibilité opérationnelle, avec la tolérance aux pannes et la facilité de maintenance, en terme d'universalité des trains capables de rouler aussi bien en plaine qu'en montagne, devraient compenser largement le surcoût, en étude et en production, pour déployer une solution de ferroutage à grande échelle.
Variante avec habillage.
Les figures de la planche N° 9 décrivent une réponse aux contraintes imposées à savoir l'habillage du wagon pour permettre des vitesses de l'ordre de 200 km/h, d'assurer la sécurité anti-incendie, de diminuer la résistance aérodynamique et le bruit à grande vitesse. Ces figures permettent d'avoir une vision en place des différents éléments de l'invention tout en donnant une perspective visuelle d'un chargement. La conception de cet habillage est fortement liée à la place qui sera libérée par le calcul des contraintes mécaniques supportées par la plate-forme du wagon, c'est à dire le praticable décrit avec les figures de la planche N° 2, par le gabarit maximum de l'infrastructure sur laquelle seront utilisées les rames (tunnels) et par la hauteur des remorques qui sont admises par le système. Il est de plus nécessaire de prévoir un dispositif capable d'absorber les variations de longueur dues aux modifications de la géométrie des rames dans les diverses configurations dynamiques de travail (passage en courbe, efforts dynamiques le long du train). L'habillage doit constituer avec le praticable un ensemble le plus fermé possible pour servir d'enceinte de confinement en cas d'incendie d'un chargement. Pour cela, la conception du bâti (33), décrit dans la figure de la planche N° 8, comporte une cloison étanche (32) séparant ce bâti en deux zones distinctes : l'une réservée au bloc de puissance, de régulation et d'asservissement, l'autre à la mise en place d'une réserve de gaz (46) et à un ensemble d'injection (45). Un système de commande, muni de capteurs capables de détecter des fumées ou des sources de chaleur, peut activer un ensemble d'électrovannes qui assurent la diffusion d'un gaz inerte, tel que du dioxyde de carbone. On peut ainsi éteindre ou tout au moins contenir un incendie.
Concernant la réalisation mécanique de l'habillage (planche N° 9), deux approches sont possibles : • l'habillage fait partie du wagon, l'habillage est alors conçu à partir du berceau décrit par les figures N° 11,12 de la planche N° 7 auquel est ajouté à chaque extrémité un cerceau (34) solidaire du plateau (14), le tout suivant le profil des bâtis (33) décrit dans les figures de la planche N° 8. A chaque berceau est incorporé le vérin (35) qui permet le relevage du couvercle monobloc (36) courant entre les deux cerceaux (34) pour constituer la couverture haute du wagon suivant un profil transversal offrant une résistance suffisante à la flexion. Ce relevage est rendu nécessaire pour dégager le praticable de la poutre (19) et des encastrements (17). Les deux faces latérales peuvent être réalisées par des portes pivotantes (37-38) qui, à partir du toit (36) qui les supporte par un ensemble d'articulations, sont relevées par des jeux de câbles (39) et de poulies de renvoi (40). Ces dernières, en nombre suffisant et judicieusement réparties sur la longueur de la structure, permettent de réaliser le relevage à partir d'un axe central (41) solidaire du toit (36) pris en charge par un moto-réducteur (42). De même, le praticable décrit par les figures de la planche N° 2 sert de base d'appui aux panneaux (37-38) et assure l'étanchéité basse de la structure. L'étanchéité aux extrémités se fait contre les bâtis (33) par des joints souples ou gonflables, qui ont pour fonction secondaire de limiter les bruits dûs aux mouvements relatifs des éléments entre eux. • l'habillage fait partie intégrante du praticable, la solution est identique au cas précédent, les cerceaux (34) devenant solidaires du praticable (1). II est possible de remplacer l'habillage, tel que décrit ci-dessus, par une couverture monobloc plus simple mécaniquement qui devrait être mise en place et enlevée par des dispositifs intégrés aux gares. Ce procédé, simple à mettre en oeuvre, n'a pas été décrit dans les figures et ne changerait rien à la portée de la présente invention.
Variante sans habillage.
Il n'y rien de particulier à décrire, si ce n'est que les éléments explicités au paragraphe précédent sont absents. On notera que la combinaison de la variante sans habillage avec la variante non motorisée conduit à un wagon simple. Description des wagons de service
Ils sont indispensables pour les conducteurs et passagers des véhicules routiers embarqués. Ces wagons pourraient avoir une disposition sur un ou deux niveaux. De plus, pour faciliter le changement de composition des trains en fonction des circonstances, jour / nuit, transport d'automobiles ou de poids lourds, on pourrait très bien concevoir le wagon de service comme un "conteneur à voyageurs", susceptible d'être mis en place ou retiré du train dans les gares avec les mêmes dispositifs que les praticables. La contrainte supplémentaire à prendre en compte, par rapport à un praticable, est qu'un wagon de voyageurs doit être raccordé au système de distribution d'énergie du train, afin de pouvoir y disposer l'éclairage, le chauffage, la ventilation, la climatisation, les dispositifs de sécurité, etc. Il conviendra donc de prévoir des câblots entre les bogies ou les blocs de motorisation intégrés aux bogies et les dits wagons de service. Compte tenu du fait que l'embarquement d'un wagon de service sur le train est une opération peu f équente, il n'est pas forcément utile de prévoir le branchement automatisé des connexions lors de la mise en place du wagon de service sur le train : un branchement manuel semble suffisant.
Eléments de tête et/ou de queue de rame.
La description des wagons ci-dessus, avec la variante motorisée des bogies, impose de proposer pour le train une architecture globale dans laquelle il n'y aurait pas de motrices au sens classique. En effet, certaines fonctions ne peuvent pas être réparties dans les bogies, d'autres n'ont pas intérêt à l'être pour des raisons économiques. On propose donc une solution qui sera mieux comprise après description des figures N° 16 et 17 de la planche N° 10. A chaque extrémité d'une rame réversible se trouve un élément qui comporte :
• une cabine de conduite, • les capteurs du block système,
• les éléments de télétransmission voie - train,
• un système informatique de contrôle de la rame,
• les éléments de sécurité,
• un système de captation de courant sur la caténaire (pantographe), • un système de protection électrique (disjoncteur),
• un système de transformation de courant permettant de convertir l'énergie distribuée par le réseau vers le système choisi pour le "bus énergie" le long du train (par exemple 25 kV 50 Hz pour la caténaire, 1500 V continu pour le bus énergie). En fait, la description ci-dessus ne fait que reprendre la liste des éléments que comporte une motrice classique, à l'exception des moteurs et de leur électronique de contrôle. Dans la mesure où, suivant les figures de la planche N° 8 les bogies du train sont motorisés, on peut très bien concevoir que le bogie (14) qui supporte cet élément de tête, du côté du train, soit identique aux bogies des wagons, et soit partagé entre le dit élément de tête et le premier (ou dernier) wagon de la rame. De l'autre côté, c'est à dire sous la cabine de conduite, il suffira d'un bogie passif (60). On se reportera à la figure N° 16 de la planche N° 10 pour une description de ce principe. Mais on peut aller plus loin, compte tenu des infrastructures nécessaires dans les gares. Les éléments de tête et de queue de rame sont constitués de la manière suivante. Comme pour les wagons composant le train, on construit ces éléments avec un châssis dont la partie centrale est même niveau par rapport aux rails que les praticables au moment de leur saisie par le système de manipulation des praticables. On dispose à l'extrémité, tête ou queue du train, d'une structure constituée de la cabine de conduite, des capteurs du block système, des éléments de télétransmission entre la voie et le train, du système informatique de contrôle de la rame, des éléments de sécurité, d'un bogie passif (60), d'un bogie motorisé (14) et des pantographes.
Dans le creux dégagé en partie centrale et surbaissée du châssis viennent prendre place un ou deux "bloc énergie" amovibles (61). Ces bloc énergie comprennent : • une liaison électrique avec le système de captation de courant,
• le système de protection électrique (disjoncteur),
• le système convertissant l'énergie distribuée par le réseau au système choisi pour le "bus énergie" le long du train,
• la connectique de raccordement au train. Pour un train qui ne circulerait que sur un seul type d'alimentation électrique (par exemple sur du 25 kV 50 Hz), cette décomposition ne présenterait guère d'intérêt. Mais elle est très intéressante pour des trains qui doivent voyager en Europe où quatre systèmes de tensions électriques différentes coexistent. Chaque bloc énergie (62) serait capable de gérer un (ou deux) système(s) d'alimentation donné(s). Il suffirait, lors de l'arrêt du train dans une gare, de venir déposer les blocs énergie sur les éléments de tête et queue de rame, et de les remplacer par des blocs adaptés à la zone d'alimentation que l'on va rencontrer lors de la poursuite du trajet. On éviterait ainsi d'avoir le surcoût nécessaire à l'adaptation en "poly- courant" des trains ou le souci de gestion d'un parc de trains composé en partie d'éléments mono-courant restreints dans leurs parcours possibles et d'éléments poly-courant capables de franchir les frontières. Le fait de pouvoir disposer deux blocs énergie distincts sur le même élément de tête permettrait d'en effectuer les échanges dans les gares spécialisées pour le système, forcément éloignées des points de changement de tension aux frontières. On peut même aller encore plus loin : rien n'empêche de prévoir un bloc énergie un peu particulier qui serait constitué d'un groupe électrogène (63), diesel ou turbine ou pile à combustible, avec son réservoir de carburant, donnant la possibilité aux trains qui chargeraient ce type de blocs d'emprunter des voies non électrifiées. La manipulation des blocs énergie pourrait être faite après ouverture d'une des portes latérales (64), par les mêmes appareillages qui servent à charger / décharger les praticables sur les wagons, figure N° 20. Une difficulté posée par l'utilisation de ce principe est que, dans une gare où l'on échange les blocs énergie, en supposant que l'on utilise toujours la même voie pour le trafic dans le sens pair et l'autre dans le sens impair, on se trouverait obligé de recycler les blocs énergie entre la voie paire et la voie impaire : ils arrivent sur une voie et repartent sur l'autre ! Cela n'est pas un gros problème : on verra plus loin que le dispositif de manutention prévu dans les gares serait capable de transférer les blocs énergie sur des distances importantes, et l'on peut envisager de les recycler par-dessus ou par- dessous les trains, en les transférant par un passage à niveau, ou encore par un dispositif particulier se trouvant entre la voie paire et la voie impaire. On ne détaillera pas ce point particulier de la mise en œuvre de l'invention.
Principe de la gare
Pour la compréhension de la suite, on qualifiera, "d'embarquement / débarquement" l'opération de mise en place / retrait de la charge sur le praticable, "de chargement / déchargement" l'opération de mise en place/retrait du praticable sur le wagon. La structure de la gare de ferroutage suivant la planche N° 16 fait partie de l'invention. La conception des trains et des praticables, décrits ci-dessus, laisse bien comprendre que s'agissant d'éléments mécaniques normalisés, on peut réaliser l'opération de chargement / déchargement d'un train par des dispositifs automatisés qui ne manipulent pas directement les véhicules routiers, qui ne sont pas normalisés, mais les praticables qui les supportent. Les opérations d'embarquement / débarquement étant manuelles, il convient de laisser un temps suffisant pour les effectuer, pour tenir compte du temps nécessaire et des aléas liés au facteur humain : on va donc travailler en "temps masqué" avec plusieurs postes d'embarquement / débarquement au droit de chaque poste de chargement / déchargement. La solution qui est présentée planche N° 11 et décrite plus loin par les planches N°12, 13, 14, 15 et 16 consiste à disposer sur un "quai d'embarquement" plusieurs "alvéoles" (par exemple quatre), capables de recevoir chacune un praticable, disposées sur un axe perpendiculaire à l'axe de la voie ferrée, et prenant le même espace dans le sens de l'axe de la voie ferrée qu'un wagon. Les opérations d'embarquement / débarquement des véhicules sur / depuis les praticables peuvent donc être décomposées et conduites en simultanéité, en "temps masqué", sur quatre postes, ce qui permet d'avoir plus de temps pour les exécuter (par exemple quatre fois plus) que la période de base donnée par le rythme de succession des trains.
De nombreuses solutions sont possibles pour manipuler les praticables, qui ne remettraient pas en cause le principe de la présente invention. Pour des raisons d'efficacité et de versatilité, on s'oriente, dans la description de la présente invention, vers une solution de manipulation par chariots automoteurs automatisés. L'espace entre la voie ferrée et le quai d'embarquement est donc constitué d'une zone dans laquelle circulent des chariots, dénommés par la suite "automanipulateurs", capables d'assurer le transfert d'un praticable entre le train et le quai d'embarquement et vice versa.
Structure du chantier de chargement/ déchargement.
La notion de travail en temps masqué, impose le stockage d'un certain nombres de praticables, certains en instance d'embarquement et de chargement et d'autres en instance de déchargement et de débarquement. Ces opérations se répétant en cas extrême pour chaque wagon à chaque arrêt de train, il est nécessaire d'organiser les mouvements des praticables dans une surface comprise entre le quai routier et la voie ferrée. Cette capacité de stockage permet un découpage du travail en fonctions élémentaires. En théorie, le temps total nécessaire à un cycle complet divisé par nombre de positions définira le rythme de succession des rames dans la gare. Ces principes étant exposés, on peut décrire la structure essentielle de la gare, à savoir la zone d'automatisation située entre la voie ferrée et la zone de circulation routière. Entre le quai d'embarquement (51) constitué d'une série d'alvéoles (54) et la voie ferrée est disposée une zone de circulation (50) présentant un sol horizontal lisse dans laquelle se déplacent les automanipulateurs. On distingue bien sur les figures N° 18 de la planche N° 11, que cette zone de circulation (50) se trouve plus bas que les rails (52) et eux-mêmes plus bas que la zone de circulation routière (51). On retiendra comme nécessité absolue que le niveau du quai d'embarquement / débarquement (51) doit se trouver au même niveau que le dessous du praticable sur le train en position dégagée de la poutre (19) et que le décalage entre les niveaux (50-51) doit permettre le passage de F automanipulateur, avec les contraintes de construction qui en découlent. Cet espace (50) peut être muni de dispositifs de filoguidage intégrés dans le sol et de systèmes interactifs de prise de repères, qui permettent aux automanipulateurs de se repérer et de se déplacer au sol. Les praticables sont posés et calés au sol sur le niveau de la circulation routière (51). Les opérations d'embarquement / débarquement des véhicules routiers se font à niveau, "en roulant" pour les remorques et tracteurs.
Pour ce qui concerne les véhicules légers - voitures - il est nécessaire, on Fa vu, de prévoir un praticable à deux niveaux. Pour accéder au niveau haut on prévoit une rampe d'accès (55) articulée et solidaire du quai. On ne changera rien au principe de l'invention en rendant mobile l'étage supérieur du praticable comme sur un transport routier de voitures : la rampe d'accès serait alors intégrée partiellement ou totalement au praticable.
L'automanipulateur vient se glisser sous un praticable pour le prendre en charge ou au contraire le déposer sur le quai. Du coté de la voie, l'automanipulateur a sa partie supérieure au niveau du bas du praticable sorti de la poutre (19), ce qui permet de le charger / décharger sur / depuis le train par un mouvement horizontal transversal facile à réaliser.
La figure N° 20 de la planche N° 12 montre le quai d'attente (51) qui présente des structures répétitives, alvéoles (54) en forme de "T" implantées sur la longueur de la gare perpendiculairement au sens de défilement de la rame. Les formes en "T", permettent sur les ailes supérieures de deux "T" successifs la dépose d'un praticable et le passage de l'automanipulateur entre les montants que créent les jambes des "T". Cela permet d'utiliser au mieux la place disponible en largeur pour assurer la stabilité de la charge en élargissant au maximum l'assise de l'automanipulateur. Le vide que constituent les intervalles, en partie basse des alvéoles (54), permet le passage de l'automanipulateur qui réalisera la dépose ou la prise en charge du praticable par le dessous : cette méthode sera mieux comprise après la description de l'automanipulateur présenté par les planches N° 13, 14 et 15. Cette solution de quais décalés en hauteur a également l'avantage de séparer les fonctions routières des fonctions de chargement et déchargement, donc de bien définir les zones de sécurités propres à chaque corps professionnel.
Description des automanipulateurs
Il s'agit de dispositifs spéciaux capables de déplacer les praticables et les charges que ces derniers supportent dans le chantier décrit au paragraphe précédent. Leur principe est analogue à celui des chariots filoguidés utilisés dans les ateliers flexibles de production. Ils assurent les opérations de transfert des praticables et de leur charge entre les quais d'embarquement et la plate-forme des wagons et l'opération inverse. Ils les positionnent précisément dans les logements prévus à cet effet. Compte tenu des contraintes de position, il est obligatoire que les automanipulateurs disposent de trois degrés de liberté sur le plan horizontal, à savoir qu'ils puissent se déplacer longitudinalement et latéralement, ainsi que tourner sur place. • la succession des positions (du haut vers le bas sur la figure N° 21) représente, de profil, le cycle de mise en place du praticable sur un wagon, ou inversement, • la figure N° 22 représente en vue de dessus le positionnement relatif d'un wagon et d'un automanipulateur lors de la prise en charge ou de la dépose d'un praticable sur un wagon par l'automanipulateur, le praticable n'étant représenté que sur la partie gauche, • les figures N° 23, 24 et 25 représentent une conception possible d'un automanipulateur. Pour assurer la prise en charge du praticable sur le quai d'attente (51) l'automanipulateur est équipé de quatre vérins hydrauliques (70) de faible course qui assurent le levage et l'immobilisation du praticable pendant son dégagement de l'alvéole (54). L'automanipulateur dispose sur le dessus de deux chemins de roulements (71), situés en extrémité d'une structure dont la longueur sera très inférieure à la valeur définie par les parois (21) de deux bogies successifs reliés à une même barre de liaison (19) décrite suivant la figure N° 11 de la planche N° 7. Les formes avant (72) chanfreinées de ces chemins de roulements viendront au moment de la pénétration de l'automanipulateur sous le wagon se positionner sous le contre plateau (15) du wagon décrit par la planche N° 7. Entre les chemins de roulement (71) et le praticable se positionnent des jeux de galets (73) qui permettent le déplacement de la charge sous Faction combinée des systèmes de translation (74 et 75) à vis ou vérin. Le premier (74) est relié directement aux chemins de roulements (73) pour s'assurer qu'aucun glissement ne se produise pendant le déplacement, le second (75) prend appui par l'intermédiaire des bras (76) dans des réservations en partie basse du praticable décrit en figure N° 2. Pour réaliser l'engagement et le dégagement des doigts (76) dans le praticable, ceux-ci sont rendus pivotants sous Faction des vérins (77). Cet ensemble de doigts pivotants assurera le verrouillage du praticable sur l'automanipulateur pendant ces déplacements entre les différentes positions de travail. L'application de ce principe - bien visualisé par les phases de la figure N° 21 de la planche N° 13 - autorise un déplacement de la charge entre le wagon et F automanipulateur. L'effet de porte à faux, entraîné par le passage de la charge de l'un à l'autre, est annulé par l'encastrement des contre plateaux (15) précédemment décrits et la forme spécifique des extrémités des chemins de roulement (72). Le déplacement de l'automanipulateur est assuré par 4 groupes moto-réducteurs (79) montés chacun sur un axe vertical pivotant de plus de 180°, sous Faction soit d'une commande centralisée (78) soit par l'implantation dans chaque groupe d'avance de deux moteurs indépendants (79). Le tout est commandé par l'électronique embarquée sur l'automanipulateur et asservi en direction au système de guidage. Le système informatique de l'automanipulateur peut en outre comporter un système de lecture identifiant le bord du wagon ou l'alvéole, ainsi que des systèmes d'échange de données informatiques avec la gare, par réseau hertzien ou autre moyen, et / ou avec le train ou même avec les praticables par l'emploi d'étiquettes électroniques lisibles à distance. On pourra aussi mettre en place sur les bogies et / ou les praticables un système passif d'identification
Toutes les solutions sont possibles concernant les sources d'énergie embarquées sur les automanipulateurs : production à bord par moteur à combustion interne, de préférence alimenté au gaz pour des raisons de pollution, production à bord par pile à combustible, stockage électrique dans des batteries, stockage pneumatique sous forme d'air comprimé, stockage cinétique sous forme de volant d'inertie, etc..
Relevage du praticable dans la gare.
L'un des éléments essentiel de l'invention est de permettre l'utilisation du maximum de la section disponible dans le profil d'une infrastructure ferroviaire, dû notamment à l'encastrement du praticable dans la poutre de liaison (19). Pour permettre la sortie du praticable il faut donc prévoir un système de relevage. Il est possible, comme on l'a déjà écrit, d'équiper les wagons de ce système, dans ce cas les vérins sont incorporés dans le plateau (14) sous les poutres (2) du praticable (1). Mais il est également possible d'équiper les gares de ce dispositif qui sera incorporé entre les rails, en face de chaque arrêt de wagon, par groupes de deux vérins (81) dont les parties hautes sont situées sur un même niveau que la voie. L' ensemble que constitue ces quatre vérins est capable de lever une charge de l'ordre de 50 tonnes, devra être régulé en vitesse pour garantir un relevage uniforme d'un praticable.
Approche des wagons par les automanipulateurs.
Comme il a été énoncé plus haut, le guidage des automanipulateurs au sol se fera avec un système éprouvé (filoguidage, guidage laser, ...), dont le principe - bien connu - n'a pas à être décrit dans le cadre de la présente invention. On notera qu'il sera nécessaire de rajouter des capteurs spécifiques, pour compenser les imprécisions d'arrêt du train. En effet, on doit noter qu'il y a obligatoirement des erreurs de positionnement de chaque wagon par rapport à sa position nominale dans la gare, compte tenu de l'imprécision à l'arrêt, de la souplesse des attelages et des tolérances de fabrication. Ces imprécisions cumulées étant de l'ordre du mètre, il est nécessaire de rajouter un autre système de correction dit d'approche. Diverses solutions sont possibles : optique, capteurs intégrés à la gare, capteurs intégrés à l'automanipulateur, échange d'information avec le wagon ou le praticable...
Variante à coussins d'air.
On ne changera pas le principe de l'invention en incorporant sous l'automanipulateur un système complémentaire de sustentation à cousins d'air (80) pour alléger la pression au sol et par-là même limiter les efforts sur les roues et la taille des organes mécaniques agissant sur les dites roues. On peut utiliser le même principe de coussin d'air entre les chemins de roulement (71) et le praticable (1), pour remplacer les jeux de galets (73) qui permettent le déplacement de la charge sous l'action des systèmes de translations (74 et 75). Ces incorporations par une implantation judicieuse serviront au relevage de la charge aux différentes positions de prise en charge et remplaceront les vérins de relevage (70) sur l'automanipulateur : en effet le fonctionnement du cousin d'air provoquera un relèvement de 30 à 60 mm. de l'automanipulateur, donc de la charge, relevage suffisant pour dégager la charge dans les alvéoles. Suivant la phase de fonctionnement, l'automanipulateur pourrait donc circuler sur ses roues (à vide), sur coussin d'air (en charge). Dans le second cas, les roues, maintenues au sol par des suspensions actives appropriées, serviraient à assurer la propulsion et le guidage.
Description du cycle de fonctionnement de la gare.
Il convient, pour bien décrire l'invention et apprécier sa faisabilité, de décrire un cycle complet de travail. On considérera pour la simplicité du texte que le schéma qui va être décrit correspond à l'arrêt du train dans une gare intermédiaire de faible débit mais de besoin varié. Dans la période d'attente la gare a reçu des véhicules routiers qui ont été guidés vers des praticables en attente sur les quais d'embarquement au-dessus des alvéoles.
Le cycle est décrit pour des wagons comportant un habillage : il serait simplifié en cas d'usage d'une variante de wagons sans habillage. On considérera ce qui se passe pour un seul wagon, supposé à la fois déchargé et rechargé dans la gare. Notons qu'un wagon, même vide, doit obligatoirement circuler avec un praticable et un habillage en place.
Les opérations automatisées sur les praticables d'une part, chargement / déchargement et manuelles d'autre part, embarquement / débarquement, sont effectuées "en temps masqué", c'est à dire suivant des cycles à évolutions simultanées. Pour ce faire, il a été nécessaire de bien dissocier les deux fonctions ci-dessus, la première faisant appel à des manœuvres par dispositifs spéciaux utilisant des principes de levage et de déplacement mécanisés et automatisés, la seconde à des manœuvres des véhicules routiers "sur leurs pneus" par des conducteurs. Soit les quatre opérations ou séquences suivantes : • déchargement d'un praticable depuis le train,
• chargement d'un praticable sur le train,
• embarquement d'un véhicule sur un praticable,
• sortie du véhicule du praticable au débarquement.
Les séquences décrites ci-après ne préjugent pas de leur position dans le temps mais plus de la nécessité de leur réalisation. Certaines opérations peuvent se faire sans la présence de la rame, ou peuvent être partagées par plusieurs automanipulateurs, ce qui permet un gain de temps important dans la mise en route du cycle et son déroulement.
La première séquence "déchargement" est : 1. arrêt et positionnement relatif de la rame,
2. préparation du wagon (sécurités, ouvertures, ...),
3. levage du praticable par les vérins intégrés à la gare,
4. approche finale de l'automanipulateur qui vient au contact du wagon,
5. immobilisation et calage de F automanipulateur, 6. engagement du dispositif de transfert latéral sous le praticable,
7. transfert latéral du praticable pour l'amener au droit de l'automanipulateur,
8. dégagement latéral du praticable par l'automanipulateur, départ vers un poste de débarquement libre.
9. Engagement de l'automanipulateur sous l'alvéole 10. Abaissement de l'automanipulateur et dépose du praticable sur le quai
La seconde séquence "chargement" est :
11. l'automanipulateur s'engage dans une alvéole, sous un praticable prêt à partir,
12. l'automanipulateur soulève le praticable, puis part vers le wagon, 13. approche finale de l'automanipulateur qui vient au contact du wagon,
14. immobilisation et calage de l'automanipulateur,
15. transfert latéral du praticable pour l'amener au droit du wagon,
16. rentrée du dispositif de transfert de l'automanipulateur,
17. dégagement latéral de rautomanipulateur qui part effectuer une autre tâche, 18. descente des vérins et verrouillage du praticable sur les bogies,
19. préparation du wagon (sécurités, ouvertures, ...),
20. lorsque tous les wagons sont prêts, la voie libre et l'heure de départ arrivée, départ de la rame. Les opérations de 1 à 20 correspondent au temps d'arrêt du train dans une gare. En fonction des valeurs de temps qui seront affectées à ces arrêts, les séquences seront menées en parallèle, en série ou en série / parallèle sur les wagons à traiter en multipliant le nombre des automanipulateurs.
La troisième séquence "embarquement", suppose un praticable vide en place dans une alvéole du quai routier.
21. approche d'un nouveau véhicule désirant s'embarquer et mise en place de celui-ci sur le praticable,
22. coupure du moteur, freinage de ce véhicule, descente du conducteur, 23. dissociation de l'ensemble tracteur remorque si nécessaire,
24. mise en place des dispositifs de maintien du véhicule sur le praticable,
25. attente du train prévu, le conducteur rejoint le wagon de service.
La quatrième séquence "débarquement", suppose une alvéole du quai routier vide. 26. le conducteur descend du wagon de service et rejoint l'alvéole où son véhicule va débarquer,
27. l'automanipulateur vient déposer un praticable sur les bords de l'alvéole,
28. enlèvement des dispositifs maintenant le véhicule en position sur un praticable venant d'être débarqué, 29. éventuellement, approche d'un tracteur routier et attelage,
30. montée du conducteur, mise en route du moteur et départ du véhicule situé sur ce praticable.
Dans le cas où un wagon entre et ressort de la gare sans chargement ou déchargement, les séquences décrites ci-dessus sont évidemment incomplètes. Les opérations de la première et de la seconde séquence font appel à un dispositif automatisé. Les opérations de la troisième et quatrième séquence font appel à un opérateur qui conseille et guide les conducteurs routiers, met en place ou retire les dispositifs de maintien des véhicules sur les praticables, sous contrôle du conducteur.
La description ci-dessus pourrait laisser penser qu'il suffit de prévoir deux alvéoles dans le quai de chargement pour chaque wagon : une pour charger, une pour décharger. Cela pourrait suffire dans le cas d'une gare intermédiaire peu animée. Mais dans le cas d'une gare très animée et dans l'hypothèse où les trains se succèdent rapidement, toutes les dix minutes par exemple, il conviendrait de prévoir plusieurs alvéoles face à chaque poste de wagon. On pourrait ainsi multiplier les cycles faisant appel à des opérations humaines : manutention, déplacements. On pourrait ainsi être certain de ne jamais retarder un train à cause d'un incident ou d'une manœuvre d'embarquement plus longue que prévue. En disposant quatre alvéoles dans un pas de wagon de 19 m, on obtient un intervalle entre deux alvéoles de 4,75 m, et un temps laissé aux opérations d'embarquement de l'ordre de 40 mn, ce qui semble optimal. Tel que décrite jusqu'ici, la gare fonctionne en supposant qu'un seul des deux côtés de la voie est équipé des dispositifs de chargement / déchargement / embarquement / débarquement. Cela laisse l'autre côté disponible pour un quai pour les passagers et/ou une autre voie en sens inverse. Mais on pourrait imaginer, pour une utilisation intensive d'une gare, par exemple en extrémité de ligne, que les deux cotés de la voie soient utilisés pour le chargement / déchargement automatisé, avec huit alvéoles disponibles au droit de chaque wagon du train.
Infrastructure routière de la gare.
Une première approche du problème consiste à penser que le ferroutage est une solution de continuité spatiale et temporelle entre la route et le rail. Le premier niveau de conception du système, tel qu'exposé ci-dessus, prend en compte cette problématique, aussi bien pour les poids lourds que pour des véhicules légers accompagnés de leur conducteur. Mais l'analyse économique montre qu'un gisement important de rentabilité, pour ce qui concerne les marchandises, consiste à ne pas déplacer des tracteurs routiers ni leurs conducteurs, mais seulement des remorques, des conteneurs ou des caisses mobiles. Dans ce dernier cas, si la continuité spatiale est toujours incontournable, la gare étant le lien entre la route et le rail, il est clair que l'on peut - et que l'on doit même - introduire des temps d'attente à l'embarquement ou au débarquement et ne plus respecter strictement la continuité temporelle. En effet, des remorques ou conteneurs embarquant seuls sur le rail doivent être amenées dans une gare de ferroutage avec un tracteur routier et, dans le second cas, une remorque porte conteneurs. Idem lors de leur débarquement. A l'embarquement il n'y aura pas forcément des places disponibles immédiatement sur le train. Au débarquement, le tracteur et le conducteur ne sont pas forcément disponibles à l'instant précis où on en a besoin. De plus le ferroutage avec conducteur sera sans doute plus fréquent le jour, sans conducteur la nuit. Il est donc plus que probable que dans ce dernier cas l'amenée de remorques ou conteneurs pour embarquement différé se fera surtout le soir, leur enlèvement à la gare le matin. Enfin le taux de remplissage des trains étant un paramètre important de la rentabilité, il est intéressant pour l'opérateur de disposer de remorques ou conteneurs dans les gares, prêts à embarquer, ce qui permet de mieux remplir les trains. Tout ceci conduit à structurer la gare de ferroutage pour assurer ces deux fonctions : gestion de véhicules à embarquement et enlèvement immédiat et gestion de remorques et conteneurs à embarquement et enlèvement différé.
On peut identifier six cycles distincts correspondant à une division du trafic selon le principe exposé ci-dessus :
1. Entrée en gare depuis le réseau routier et embarquement immédiat 2. Débarquement depuis le train et sortie immédiate vers le réseau routier
3. Entrée en gare depuis le réseau routier, stockage sur parc
4. Prise sur parc par un engin de manœuvre, embarquement sur le train
5. Prise sur le quai de débarquement par un engin de manœuvre, stockage sur parc
6. Enlèvement sur parc et sortie vers le réseau routier Les deux premiers cycles concernent les véhicules légers ou poids lourds circulant
*****., accompagnés de leur conducteur, ainsi que des remorques seules. Les cycles 3 et 6 concernent les remorques ou conteneurs acheminés par un tracteur routier et/ou une remorque porte conteneur. Les cycles 4 et 5 concernent des transferts de remorques ou conteneurs par des véhicules spécialisés, internes à la gare, conduits par des agents. Ce type d'engins ne posent aucun problème technique et existent, notamment dans les chantiers portuaires ou ferroviaires, pour manipuler des remorques routières ou des conteneurs.
Lors des opérations d'entrée - cycle 1 et 3 - il faut les bretelles de raccordement depuis le réseau routier ainsi que les postes d'attente et de péage nécessaires. A l'inverse lors des opérations 2 et 6, il faut un contrôle de sortie, ne serait-ce que pour éviter les vols de véhicules ou marchandises, et les bretelles de raccordement vers le réseau routier. Ces infrastructures - bretelles, attentes, péages, contrôles - ne sont pas décrites dans la présente demande de brevet, ne faisant appel à aucune innovation particulière. On trouvera sur la figure N° 26 de la planche N° 16 une description d'une variante de réalisation possible des circulations routières de la gare. La figure ne représente qu'un quart de la gare. On y trouve, bien distingués, en allant de l'axe central de la gare vers l'extérieur :
• un quai central (100), partagé entre les deux sens de circulation des trains, destiné aux déplacements des passagers et des agents, • la voie ferrée (101), • le chantier de chargement et déchargement automatisé (102), limité par les alvéoles (54),
• une zone de manœuvre (103), au droit des alvéoles, permettant la mise en ligne des véhicules avec les alvéoles, • des zones d'attente temporaire (104), différentes pour les poids lourds et les véhicules légers, destinées à permettre la fluidité des manœuvres d'embarquement et débarquement.
• une voie de circulation montante (105), à sens unique, pour les véhicules à destination ou en provenance de la zone de manœuvre. • une voie de circulation descendante (106), à sens unique,
• une voie de circulation desservant un parc de stockage (107) et se répartissant le long de la gare sur les diverses zones,
• une zone de manœuvre sur le parc de stockage (108),
• le parc de stockage proprement dit (109), avec des emplacements matérialisés au sol. On notera que le raccordement entre le sens montant et le sens descendant est fait par des giratoires (110) situés en extrémité des voies montantes et descendantes. Ces giratoires sont reliés entre eux de part et d'autre de la voie ferrée par la voie (111) qui, pour passer sous la voie ferrée, emprunte le passage souterrain (112). On fera aisément la correspondance entre les flux décrits plus haut et les diverses zones. Les flux N° 1 et 2 empruntent la voie montante (105). Les flux N° 3 et 6 empruntent la voie descendante (107 et 106). Les flux N° 4 et 5 empruntent les trois voies et passent de l'une à l'autre par les giratoires (110). On peut certes disposer autrement les éléments décrits ci-dessus, et notamment prévoir d'étendre l'occupation au sol du parc de stockage pour embarquement / débarquement différé, ce qui permettrait au système de ferroutage d'étendre ses parts de marché vers le marché traditionnel du transport combiné. On peut pour cela disposer le parc de stockage autrement, avec des emplacements placés parallèlement ou perpendiculairement aux axes de la gare, avec une double rangée d'emplacements de stockage en vis à vis, etc. On considérera que les diverses variantes géométriques découlant du principe de décomposition en zones et flux distincts exposés ci- dessus, ressortant de techniques de tracé d'implantations routières en zone technique, n'ont pas à être analysées de manière exhaustive dans le cadre de la présente demande de brevet . Avantages de l'invention.
Concernant les coûts de mise en place, le nombre global de praticables est largement supérieur à celui des wagons, puisqu'à un instant donné on peut comptabiliser un praticable par wagon roulant plus deux à trois praticables par module - emplacement pour wagon - dans les gares. Cela dit, le praticable est un assemblage métallique passif, bien moins cher que le reste du wagon.
De même, comparant la présente solution avec des solutions plus traditionnelles de ferroutage, on pourra constater que le coût des automatismes de gare est certes important, mais relativement léger par rapport au coût du matériel roulant, praticables compris. On constatera cependant qu'une solution de ferroutage basée sur la présente invention, par l'augmentation des performances qu'elle autorise, permet d'aboutir à des conditions économiques favorables pour rentabiliser une ligne. Malgré le coût global, les investissements par tonne kilomètre transportée par an sont faibles et les temps de retour sur investissement sont réduits. Concernant le choix d'un wagon fermé, cela permet à la fois d'atteindre des vitesses importantes de l'ordre de 200 km/h sans risque pour les véhicules (bâches envolées, etc.), et d'améliorer la sécurité face aux risques d'incendie : si un incendie se déclare, on peut noyer la partie fermée du wagon dans un gaz inerte sans arrêter le train, ce qui prend évidemment tout son sens dans les tunnels. Le profilage des trains qui en résulte réduit l'énergie nécessaire au déplacement et le bruit aérodynamique. Enfin d'une part du fait de la diminution des temps de trajet, on offre un meilleur service aux utilisateurs qui, en retour, seront disposés à payer plus cher le service, et d'autre part on optimise l'emploi du matériel roulant qui parcourt plus de kilomètres dans le même temps. On peut donc optimiser les temps de retour sur investissement avec des habillages sur les wagons. Concernant le choix de motoriser les bogies des wagons, cela permet de disposer d'une bonne accélération, de franchir des pentes importantes, d'avoir une puissance unitaire bien adaptée aux performances attendues des trains, de résoudre le problème de la modularité des moyens de traction : pas besoin d'atteler plusieurs motrices pour constituer des trains longs. De plus, les séries de matériels électriques, moteurs, convertisseurs statiques, résistances de freinage, dispositifs de protection, étant longues, à savoir des milliers d'exemplaires à produire, on peut aboutir à des coûts "au kilowatt" plus faibles qu'en construisant en petite série des locomotives puissantes, d'autant plus qu'on peut accepter une fiabilité moins grande tout en ayant une disponibilité opérationnelle bien supérieure, du fait de la redondance. Si un bogie tombe en panne, cela n'immobilise pas le train : il suffit de prévoir les dispositifs nécessaires pour que toute panne, électrique ou mécanique, mette le bogie en roue libre.
Concernant la modularité, on peut faire l'hypothèse que l'on pourrait mettre sur un praticable : • une remorque routière de 15,5 m. pour 321.,
• deux tracteurs routiers de 7 m et 101.,
• deux camionnettes de 7 m.,
• un conteneur 14 m de longueur, 2,6 m de largeur et 4,2 m de hauteur,
• deux conteneurs de 7 m de longueur, 2,6 m de largeur et 4,2 m de hauteur, • une caisse européenne de 45 pieds,
• cinq véhicules particuliers, sur deux niveaux, embarquant sur un praticable spécial. Certaines combinaisons sont possibles, camion plus camionnette, deux remorques plateau vides superposées dans un praticable pour automobiles, etc. Des chargements un peu spéciaux sont envisageables, par exemple un praticable chargé de caravanes ou autocaravanes, lors de périodes de congés.
Concernant la gestion du système, il conviendra évidemment de mettre en place un système d'informatique et de télétransmissions qui permette de savoir à l'avance, dans chaque gare, quels vont être les emplacements qui vont se libérer sur le train afin de préparer l'embarquement de véhicules sur les praticables au droit de ces emplacements. Ce système pourrait dépendre d'un système de réservation intelligent qui optimise le remplissage des trains.
On notera que le système proposé dans la présente invention permettrait, par la mise à niveau progressive du matériel roulant et des tunnels, en jouant sur la motorisation et la présence de l'habillage, de suivre l'évolution de la demande. Mais si on ne veut pas être obligé de refaire les gares et de ehanger le matériel roulant tous les dix ans5 il eenvient de normaliser certains éléments, notamment tout ee qui Gonceme les "interfaces" entre matériel roulant, praticables et infrastructures de gare, en ayant en vue l'étape finale d'une telle évolution.

Claims

REVENDICATIONS
1) Système d'embarquement et de convoyage de véhicules routiers ou conteneurs sur convois ferroviaires, constitué de matériel roulant ferroviaire et d'une infrastructure au sol spécifique dite "gare", caractérisé en ce qu'il emploie des éléments mécaniques rigides interchangeables dénommés "praticables", chacun des dits praticables étant capable d'embarquer une charge telle qu'un ou plusieurs véhicules routiers ou conteneurs, en ce que le matériel roulant est constitué de wagons comprenant chacun un châssis surbaissé (19) liant deux bogies (14), les dits bogies étant propres à un wagon ou au contraire partagés entre deux wagons consécutifs, en ce que le praticable vient s'encastrer (7, 19) et se verrouiller (11, 22) sur les wagons assurant une fonction mécanique de châssis et participant ainsi à la structure du train, en ce que le praticable est muni d'une surface de prise (8) permettant à un dispositif automatisé dont la gare est munie de le prendre pour le charger ou le décharger du wagon, en ce que le praticable est muni d'un dispositif (8) lui permettant de reposer sur un quai d'embarquement (51) de telle sorte que les véhicules routiers puissent embarquer / débarquer dans / depuis le praticable, en ce que le nombre d'emplacements (54) prévus sur le dit quai d'embarquement pour les praticables est largement supérieur au nombre de wagons d'un train de telle sorte que plusieurs des séquences spécifiques aux opérations nécessaires, à savoir déchargement d'un praticable depuis le wagon, chargement d'un praticable sur le wagon, débarquement d'un véhicule routier depuis un praticable et embarquement d'un véhicule routier sur un praticable, puissent se dérouler en simultanéité, et en ce que la gare est munie de dispositifs de manutention capables de déplacer les praticables du quai d'embarquement / débarquement des véhicules routiers ou conteneurs vers / depuis les emplacements où ils seront chargés / déchargés sur / depuis les wagons.
2) Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le praticable est constitué d'une coque basse en "U" (fig. N° 2 à 4), munie d'ouvertures aux deux extrémités pour l'embarquement et le débarquement autonome d'un véhicule routier, en ce que le praticable est muni de points d'ancrage (11) permettant sa mise en place et son verrouillage sur des dispositifs de maintien (17) et de verrouillage (22) intégrés aux bogies, en ce que le poids du praticable et de la charge qu'il porte est appliqué aux points de contact (11) avec le wagon au voisinage des essieux, en ce que la dite coque peut être constituée de tôle pliée (3) et de longerons (2) ou encore d'une double coque en matériaux composites assemblée autour d'un matériau de remplissage suivant le principe dit de "contre moulage structurel" ou encore de tout autre matériau et moyen de fabrication permettant de réaliser des formes semblables et donnant les performances mécaniques nécessaires.
3) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que un système d'habillage coiffe le praticable et son chargement (fig. N° 14 et 15), maintenu en position et verrouillé sur les extrémités du wagon ou sur le praticable (34), en ce que l'habillage est muni d'un système d'ouverture (35 à 42), automatisé ou pas, afin d'avoir accès aux charges pour les opérations de chargement et déchargement dans les gares, l'ouverture étant possible par le jeu de panneaux mobiles (37 et 38) et dispositifs de soulèvement intégrés au train, ou encore par l'emploi d'un dispositif de relevage de l'habillage intégré aux infrastructures de la gare.
4) Système suivant la revendication 3 caractérisé en ce que un ou plusieurs capteurs situés dans chaque wagon permettent de détecter un départ d'incendie éventuel et en ce qu'un dispositif de commande agissant par l'intermédiaire d'électrovannes permet de commander l'arrivée d'un gaz inerte (46) sous l'habillage du wagon pour combattre le dit incendie.
5) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les praticables ont une demi-poutre en creux (7) ayant une largeur inférieure à l'espacement minimum prévu entre les roues des véhicules routiers chargés, en ce que deux bogies consécutifs constituant les extrémités d'un wagon sont reliés par une poutre de liaison (19) en position basse, la dite poutre assurant d'une part les intervalles mécaniques entre les bogies et constituant d'autre part un passage pour les fluides et réseaux nécessaires à l'exploitation du train, et en ce que le praticable vient s'encastrer lors du chargement par-dessus la dite poutre (19, 7) de telle sorte que le niveau inférieur des roues des véhicules routiers se trouve approximativement au niveau de la garde nécessaire à la circulation au dessus des rails et que par conséquent l'encombrement en partie haute soit abaissé d'autant afin de permettre la circulation des trains dans le gabarit ferroviaire le plus favorable pour la circulation sur des lignes existantes.
6) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la manipulation des praticables est réalisée par des dispositifs dénommés "automanipulateurs", constitués de chariots automoteurs capables de se déplacer au sol en autonomie guidés par des dispositifs adéquats tel qu'un réseau de filoguidage intégré dans le sol et / ou de capteurs divers, ou encore conduits par un humain, en ce qu'un automanipulateur est muni de roues motrices et directrices (79) assurant son déplacement au sol avec trois degrés de liberté, à savoir translation longitudinale et transversale et rotation sur place, en ce qu'un automanipulateur intègre un mouvement vertical (70) capable de soulever / abaisser le praticable pour le prendre / déposer sur le quai d'embarquement, en ce que les automanipulateurs ont pour fonction de transporter les praticables entre d'une part les postes de chargement / déchargement sur / depuis les trains et d'autre part les positions (54) d'embarquement / débarquement des véhicules routiers sur / depuis les praticables, et en ce que la disposition en hauteur décroissante des niveaux respectifs de la zone routière, de la voie ferrée et du sol sur lequel circulent les automanipulateurs permet de manipuler les praticables avec des mouvements verticaux de faible ampleur.
7) Système selon la revendication 6 caractérisé en ce que le praticable est soulevé par un dispositif hydraulique (81), en ce que des dispositifs de guidage et de transfert latéral du praticable ainsi soulevé (71 à 75) permettent de faire passer le praticable de sa position dans l'axe du train jusqu'au droit de l'axe de l'automanipulateur au déchargement et inversement au chargement, en ce que les dits dispositifs de levage et de transfert peuvent être soit embarqués sur chaque bogie, soit à poste fixe dans la gare, soit incorporés à l'automanipulateur, soit encore combinant plusieurs constituants positionnés respectivement sur l'un des trois dits éléments, et en ce que des dispositifs annexes adéquats (72) viennent en appui sous le wagon pendant l'opération de transfert du praticable afin d'assurer la continuité du chemin de transfert et de reprendre les efforts et notamment le couple de renversement dû au porte à faux de la charge.
8) Système selon les revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que l'automanipulateur est muni d'une part de roues motrices et directrices assurant son déplacement au sol et d'autre part de coussins d'air répartis à la partie inférieure, en ce que les coussins d'air transmettent au sol une fraction du poids de l'automanipulateur et de sa charge, la fraction restante étant transmise aux roues, en ce que les coussins d'air sont utilisés pour soulever l'automanipulateur, ce qui peut notamment permettre d'assurer la prise et la dépose des praticables sur les postes d'embarquement / débarquement (54), et en ce que les roues sont montées sur des dispositifs permettant d'assurer leur contact et la pression qu'elles exercent sur le sol en présence ou en l'absence d'air comprimé dans les coussins d'air suivant la phase de fonctionnement.
9) Système selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la limite entre la zone de circulation routière des véhicules et le chantier de chargement / déchargement où évoluent les automanipulateurs est constituée d'un quai (51) présentant des alvéoles (54), les dites alvéoles étant réalisées par des poutres en forme de "T", de telle sorte qu'un praticable posé à la partie supérieure du "T" se trouve à niveau de la zone de circulation routière pour embarquement / débarquement et qu'un automanipulateur s'engageant dans la partie inférieure de l'alvéole (54) puisse s'introduire sous un praticable pour le prendre ou le déposer.
10) Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que un bloc moteur est disposé sur chaque bogie (14) du train ou encore sur certains des bogies, de telle sorte que la motorisation du train soit répartie sur les wagons et en ce qu'on dispose en tête et en queue de chaque train, ou de chaque rame si les dits trains sont constitués de rames accouplées, un élément de tête similaire à une motrice (planche N° 10) mais dont les constituants électriques, dits "bloc énergie" (62), n'ont pour fonction que la transformation du courant électrique de la caténaire ou sa production à bord grâce à un groupe électrogène (63), l'énergie étant transmise vers chaque bogie pour y être à nouveau adaptée et transformée localement (34) dans les systèmes de tension et courant nécessaires à l'alimentation des moteurs (31), en ce que les dits éléments de tête comprennent une cabine de conduite, les constituants électroniques, l'informatique et les moyens de communication propres à la gestion d'un train ou d'une rame.
11) Système suivant la revendication 10 caractérisé en ce que les éléments de tête et de queue de rame sont constitués d'un châssis central surbaissé (61) analogue à celui des wagons porte praticables, en ce que peuvent être mis en place dans la dite partie surbaissée du châssis des "blocs énergie" interchangeables (62) contenant soit des éléments de captation, protection, transformation de l'énergie électrique prévus pour une alimentation par caténaire, soit un groupe électrogène (63) muni ou non de son réservoir de combustible, et en ce que les gares où s'effectuent les échanges de ces blocs énergie sont munies des moyens de manipulation nécessaires, les dits moyens pouvant être identiques ou non à ceux qui permettent de charger / décharger les praticables.
12) Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la circulation routière des véhicules est organisée pour gérer six flux distincts, à savoir véhicules entrant pour embarquement immédiat, véhicules débarquant pour sortie immédiate, remorques ou conteneurs entrant pour stockage sur parc, remorques ou conteneurs pris sur parc pour embarquement, remorques ou conteneurs débarquant et amenés sur parc, remorques ou conteneurs enlevés sur parc pour sortie immédiate, en ce que les manœuvres internes à la gare s'effectuent avec du matériel de manutention spécialisé pour manœuvrer des remorques ou conteneurs, en ce que la gare fait apparaître pour chaque sens de circulation ferroviaire des zones telles que quai pour agents et voyageurs (100), voie ferrée (101), chantier de manutention automatisé (102), zone de manœuvre d'embarquement / débarquement (103), zone d'attente avant embarquement (104), voies pour les flux d'embarquement et débarquement immédiat
(105), parc de stockage (109), zone de manœuvre sur parc de stockage (108), voies pour les flux différés desservant le parc de stockage (106, 107), et en ce que des raccordements et passages divers entre les dites zones et les infrastructures telles que giratoires (110 à 112), postes de péages / contrôle et bretelles de raccordement au réseau routier assurent le contrôle et l'acheminement de tous les trafics routiers dans la gare ainsi qu'en provenance ou encore à destination de l'extérieur.
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