Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Le phénomène d’adhérence conditionne considérablement les performances ferroviaires, il permet l’accroissement des charges remorquées et des accélérations, ainsi que la réduction des distances d’arrêt. Pour ces raisons, il fait l’objet de développements continus. Cet article se propose de traiter le processus de frottement au contact roue-rail dans le domaine de la traction par moteur à collecteur, puis à induction. Il décrit également les dispositifs de régulation du glissement de la roue par rapport au rail, en traction et en freinage.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Jean-Claude ALACOQUE : Ingénieur Supélec - Ingénieur automaticien à ALSTOM Transport – Systèmes Électroniques (Villeurbanne) - Senior expert en systèmes de traction ferroviaire
-
Pierre CHAPAS : Ingénieur DPE - Senior expert ferroviaire
INTRODUCTION
Le frottement de deux corps en contact régit tous nos déplacements, transports terrestres et chemin de fer en particulier, où il en est le théâtre avec une acuité singulière. Roue et rail en acier sont dotés d’un très faible coefficient de frottement : atout sans égal du point de vue rendement énergétique de la traction, mais contrepartie délicate dans l’exercice de l’effort de freinage. L’adhérence conditionne donc les performances ferroviaires : c’est la seule explication du tracé des lignes de chemin de fer construites au XIXe siècle : rampes et pentes les plus faibles possibles ont façonnées les itinéraires dits « de vallées » (tableau A).
Le développement de la traction électrique a posé de nouveau le problème de l’adhérence. Effort, vitesse, donc puissance, sont sans commune mesure avec la traction à vapeur et pouvait-on les mettre en œuvre sur le même contact roue-rail ? C’est la démonstration que se propose ce dossier.
Après avoir rappelé le processus du frottement au contact roue-rail, nous décrirons les étapes et les réalisations actuelles dans le domaine de la traction par moteur à collecteur, puis à induction, ainsi que des dispositifs de régulation du glissement de la roue par rapport au rail, en traction et en freinage. Les résultats atteints conditionnent les charges remorquées, en traction, et les vitesses limites en termes de distances d’arrêt, en freinage. Le cas très particulier du métro sur pneumatiques trouve sa principale justification dans l’accroissement de l’adhérence qui rejoint celle du transport routier.
La gestion de l’adhérence, loin d’être une solution définitivement acquise, fait l’objet de développements continus. Elle représente l’argument majeur de l’accroissement des performances exigées pour que le chemin de fer garde son avantage de transport le plus performant en termes énergétiques et l’un des moteurs du développement durable.
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Adhérence en freinage
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3. Adhérence en traction électrique
3.1 Commande en couple des moteurs de traction
La conduite des véhicules ferroviaires demande de régler les efforts de traction et de freinage pour atteindre et respecter les vitesses nécessaires à l’exploitation de la ligne (équation [1]), en limitant les accélérations et les décélérations, ainsi que leur dérivée temporelle (jerk) pour le confort des passagers. La commande des moteurs de traction est donc essentiellement une commande de couple.
Le facteur de conversion entre le couple électromagnétique et l’effort résultant à la jante est calculable par la relation :
avec :
- F :
- effort résultant à la jante (N)
- C :
- couple électromagnétique (N × m)
- ρ :
- rapport de réduction (< 1)
- r :
- rayon de la roue (m)
- η :
- rendement du réducteur et de la transmission (< 1).
Les rapides progrès technologiques des commutateurs de puissance ainsi que des moyens de commande et de régulation ont permis d’utiliser successivement les différents types de moteurs électriques pour la traction (figures 10 et 11) :
-
le moteur à courant continu, à excitation shunt, compound ou série ;
-
le moteur synchrone à excitation séparée ou à aimants permanents ;
-
le moteur asynchrone à cage.
Quel que soit le type de moteur (cf. dossiers spécialisés dans ce traité), le couple électromagnétique du moteur est obtenu par l’accrochage de deux champs magnétiques, le champ magnétique de la partie fixe du moteur, le stator,...
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Adhérence en traction électrique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Les Chemins de Fer. - – Larousse (1964).
-
(2) - O.R.E - Construction d’une locomotive d’essai à caractéristiques d’utilisation variable - . Rail International (mars 1970).
-
(3) - CURTIUS (E.W.), KNIFFER (A.) - Nouvelles données relatives à l’adhérence entre roues et rail. - Elektrishe Bahnen no 9 (1950).
-
(4) - GARREAU (M.) - L’aptitude au démarrage des fortes charges des locomotives électriques monophasées 50 Hz à redresseurs ignitrons. - Revue Générale des Chemins de Fer (oct. 1955).
-
(5) - NOUVION (F.), BERNARD (M.) - Connaissances nouvelles sur l’adhérence. - Revue Générale des Chemins de Fer (mars 1961).
-
(6) - HERTZ (H.) - Über die Berührung fester elastischer Körper. - Journal...
ANNEXES
NF A 45-317 avril 1982 Laminés à chaud. Rail Vignole type 60 kg/m et éclisse. Profil : caractéristiques et tolérances.
NF F 01-115 octobre 1994 Matériel roulant ferroviaire. Profils de roulement pour voie normale. Caractéristiques.
UIC 615 c cf. réf. .
HAUT DE PAGE
Se reportera à la référence .
HAUT DE PAGE3 Constructeurs-Fournisseurs (liste non exhaustive)
Faiveley Transport
Alstom Transport
http://www.alstom.com
SNR
HAUT DE PAGE
UIC Union internationale des chemins de fer
ORE Office de recherche et d’essais de l’UIC
...
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