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RÉSUMÉ
Après un rappel sur la cinématique du freinage et les différentes grandeurs entrant en jeu dans le processus (efforts, énergie, puissance), le présent article met l'accent sur les méthodes permettant la définition et la détermination des performances de freinage d'un convoi ferroviaire, ainsi que les paramètres caractérisant ces performances. Il donne enfin un aperçu des niveaux de performances obtenus en freinage pour les différentes catégories de convois ferroviaires.
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Florent BRISOU : Ingénieur ENSEM - Senior Technical Expert Systèmes de freinage – ALSTOM Transport (France)
INTRODUCTION
La première des tâches de l'ingénieur freiniste ferroviaire est de dimensionner le système de freinage d'un véhicule ou convoi. Ce dimension- nement doit prendre en compte plusieurs contraintes :
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les contraintes propres aux capacités mécaniques et thermiques des organes de freinage du véhicule, le nombre et les dimensions de ceux-ci étant en partie conditionnés par l'encombrement disponible dans les bogies des véhicules ;
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l'adhérence entre roue et rail, qui est l'une des principales contraintes spécifique au système ferroviaire ;
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les systèmes de signalisation, qui assurent l'espacement des trains sur les lignes sur lesquelles les véhicules seront exploités, sachant que l'interopérabilité entre pays implique, de plus en plus, la prise en compte de systèmes de signalisation très différents, en attendant une généralisation du système ERTMS (European Railway Traffic and Management System). Ceux-ci définissent directement la performance de freinage à atteindre.
Si le freinage ferroviaire fait appel aux principes mathématiques et physiques généraux, ces particularités ont nécessité la mise en place de méthodes particulières permettant de caractériser ces performances.
Après avoir rappelé les principes cinématiques du freinage et les différentes grandeurs mises en jeu dans le processus du freinage, nous reviendrons sur les différentes méthodes utilisées pour déterminer les performances de freinage d'un train, ainsi que sur les paramètres permettant de caractériser ces performances.
Enfin, nous donnerons un aperçu des performances de freinage observées pour les différentes catégories de convois ferroviaires (tramways, métros, trains de voyageurs et fret).
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1. Dynamique du freinage
La conception d'un système de freinage passe en premier lieu par la définition des organes de freinage et la répartition des efforts sur le train en fonction des différents scénarios d'exploitation.
Afin de mieux comprendre les enjeux liés à cette définition de base du système de freinage, il convient de s'intéresser aux aspects cinématiques et de bien appréhender la signification des différents paramètres en question.
1.1 Dynamique du freinage
Le rôle du système de freinage équipant un matériel ferroviaire est de générer un effort retardateur opposé au mouvement du train lorsque celui-ci est en phase de roulage, ou opposé au mouvement potentiel du train lorsque celui-ci est à l'arrêt.
Dans le premier cas, l'objectif est soit d'arrêter le train (freinage d'arrêt), soit de réguler la vitesse du train pour respecter les consignes données par la signalisation (freinage de ralentissement lorsque la vitesse doit décroître ou de maintien lorsque la vitesse est maintenue à une valeur constante à ne pas dépasser, dans une pente par exemple). Il s'agit d'un phénomène dynamique mettant en jeu la loi de la cinématique des solides soumis à une force.
Dans le second cas, il s'agit d'immobiliser le train soit temporairement (freinage d'immobilisation), soit indéfiniment (freinage de stationnement ou de parking). Il s'agit alors d'un phénomène statique, mettant en jeu l'équilibre des forces auxquelles un solide est soumis.
HAUT DE PAGE1.2 Principe
Le principe de base du freinage repose sur l'équation fondamentale de la dynamique : l'accélération (ou, en l'occurrence, la décélération) subie par un solide est égale à la résultante des efforts externes appliqués à ce solide, divisée par sa masse :
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BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Applications ferroviaires – Freinage – Vocabulaire générique - EN14478 -
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Applications ferroviaires – Méthodes de calcul des distances d'arrêt, de ralentissement et d'immobilisation – Partie 1 : algorithmes généraux utilisant le calcul par valeur moyennes pour les trains et véhicules isolés - EN14531-1 -
-
Applications ferroviaires – Méthodes de calcul des distances d'arrêt, de ralentissement et d'immobilisation – Partie 2 : calculs pas-à-pas pour les trains et véhicules isolés - EN14531-2 -
-
Freins – Performances de freinage - UIC 544-1 -
-
Conditions à remplir par le frein dynamique des locomotives et motrices pour pouvoir tenir compte de son effort dans le calcul du poids-frein - UIC 544-2 -
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