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VDV-Akademie-Symposium

„Nuisances sonores en courbe sur les tramways“

22. et 23. Octobre 2009 à Cologne

 

Würzburger Straßenbahn GmbH

Dipl.-Ing. Paul Lehmann • 2009

 

Les équipements

 

-      Tramway

 
• Lignes: 5

• Longueur du réseau: 39,8 km

• Longueur des voies: 21,6 km

• dont voie particulières: 17,3 km

• nombre d’usagers transportés: 25,9 Mio.

• Parc véhicule :

20 voitures à 8 axes

20 voitures à 6 axes

 

-      Bus

• Nombre de lignes: 21

• Longueur de la ligne: 165 km

• nombre d’usagés transportés: 10,4 Mio.

• Parc Véhicules :

80 Autobus

79 Autobus à articulation

 

Données de fonctionnement

 

Type de tramway : GTE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Données techniques

 

Suite des axes : B-B-B-B

Pente la plus importante : 91 pour mille

Plus petit rayon de voie : 18000mm

Ecartement des voies : 1000mm

Longueur de la rame : 32600mm

Largeur de la rame : 2400 mm

Hauteur de la rame au-dessus des rails : 3260 mm

Hauteur de voiture au-dessus des rails : 3690 mm

Hauteur plancher au-dessus des rails : 910 mm

Hauteur du plancher bas : 310 mm

Hauteur des marches : 300/200/200/200 mm

Distance entre les essieux tournants : 9300/6500/9300 mm

Position de l’axe dans l’essieu tournant : 1800 mm

Roues : usées/neuves : 600/690 mm

Profil de la bande de roulement : DIN 25 112 A 95

Poids à vide : 42500 Kg

Poids maxi par essieu : 8000 kg

Répartition du poids par essieu tournant : 25 %

Puissance de traction : 4 x 189 kw

Tension nominale : 750 V

Nombre de places

Assises : 78

Debout : 125 (4 personnes /m2)

Debout : 250 (8 personnes /m2)

 

Données de fonctionnement

Type de tramway : GT-N

  
Données techniques

 
Suite des axes : Bo-Bo-Bo

Ecartement des voies : 1000mm

Longueur de la rame : 28810mm

Hauteur plancher au-dessus des rails : 350 mm

Hauteur des marches : 300 mm

Largeur des voitures : 2400 mm

Distance entre les essieux : 1800 mm

Nombre de places

Assises : 76 + 6

Debout : 78 (4 personnes /m2)

Debout : 131 (8 personnes /m2)

Accès sans marches

Alimentation par courant alternatif transistorisé

Toutes les roues sont motrices avec moteur central

Constructeurs

Partie mécanique : LHB

Partie électrique : Siemens

 

Données techniques 

Type de tramway : GT-D

 

 

 

 

 

 

 

 

Les voitures sont équipées de roues de Bochum de type BO 54 et BO 84

  

 

Problématique

Les sifflements ne sont plus acceptés par la population

  
Des solutions ont dû être trouvées rapidement

 -       Graissage manuel des rails au pinceau à l’aide de véhicules et d’installations fixes en utilisant des huiles écologiques

-       Pulvérisation d’eau sur les rails dans les courbes serrées, en particulier dans les courbes de retournement près des habitations, problème d’utilisation en hiver

-       Installation de systèmes de lubrification automatiques des boudins de roues

 

Sifflements

Sifflements =f (Conditions climatiques, température, humidité de l’air, etc..), un processus tribologique avec de nombreux facteurs d’influence

 -Lors des passages de saisons, lors de modifications rapides de températures et de l’humidité de l’air, la présence des sifflements est plus marquée.

 -Lors des passages en courbe à cause de la position non radiale de la roue par rapport à son mouvement  sur la surface du rail, il se produit un mouvement de glissement longitudinal et perpendiculaire.

Le mouvement longitudinal et perpendiculaire perpétré par le déplacement en courbe provoque des forces de frottement entre la surface de la roue et du rail. Ces forces de frottement entraînent une tension par adhérence progressive entre la roue et le rail. Le frottement agit sur la roue et va à l’encontre du mouvement d’avancement du train. Si la limite d’adhérence est dépassée, il y a glissement et la roue glisse en avant et latéralement puis il y a une détente par à-coups. Ce processus se répète périodiquement et provoque un phénomène de résonance de la roue qui produit ces grincements désagréables.

 

  

-       L’origine des déplacements saccadés est en général la différence de la valeur de frottement entre l’adhérence et le glissement (effet stick-slip).

-       S’il était possible de réduire cette différence et de la faire tendre vers zéro, l’on réduirait ce mécanisme d’excitation et le sifflement serait évité.

-       Application d’un traitement de surface adapté entre la roue et le rail.

 
Traitement de surface adapté

 Exigences du traitement de surface

 -       Bonne pulvérisation possible

-       Bonne adhérence, pas d’effet de centrifugation

-       Longue efficacité, longue durée de vie

-       Très bonne résistance à la forte pression

-       Ne se combine pas à la poussière et aux autres pollutions

-       Forte résistance à la température, aussi bien aux hautes températures qu’aux basses températures

-       Très difficilement délavable à l’eau

-       Biodégradable

-       Pas de pertes d’adhérence et pas de réduction des distances de freinage

 
Le produit de traitement de surface CICO RS 20 B a été développé par SAERDNA gmbh, Reisstrasse 5, 74467 Constance

Il est constitué de particules solides traitées chimiquement en suspension dans une substance porteuse organique, sans solvants, biodégradable et synthétique afin d’éviter tout problème de durcissement du produit.

Le produit de traitement de surface est un fluide thixotrope avec des particules solides (par exemple graphite, aluminium) jusqu’à 25 %, qui devient liquide sous la pression et qui possède une très forte résistance à la pression. En plus, et ceci grâce à une interaction mécanique et électromécanique et la forme particulière de ses particules, le produit possède une très forte adhérence sur le support.

Le fluide agit comme moyen de traitement de surface dans l’élaboration d’un revêtement de surface sec (pas une couche de protection ! mais un produit de traitement de surface abrasif doux) entre la roue et le rail.

Par le dépôt des particules solides dans les pores de la surface du rail et de la bande de roulement de la roue, la rugosité du rail et de la roue est maintenue à un niveau faible.

Les rails et la bande de roulement de roues sont polis.

L’érosion de rails ainsi que celle de la surface des roues et donc également l’usure sont réduites par ce polissage.

Le polissage des surfaces des rails et des roues apporte une stabilisation de la surface de contact rail/roue et de son coefficient de frottement.

La différence entre les valeurs du frottement de glissement et d’adhérence (effet stick slip) comme mécanisme d’excitation pour les sifflements tend vers zéro.

 
Contraintes tribologiques dans le contact rail/roue

 Des études effectuées auprès de l’institut de tribologie de l’université de Mannheim (Réduction de l’usure sur des roues et des rails par l’utilisation de lubrifiants de boudins de roues et d’associations de matériaux adaptés, revue : l’ingénieur des chemins de fer (52) 4/2001) ont montré que des produits de traitements de surface avec des particules solides blanches (par exemple l’aluminium), en comparaison avec des lubrifiants de boudins de roues, ne provoquent pas de déplacement de matière perpendiculaire par rapport au sens de la rotation, cela veut dire que les forces de cisaillement sur la surface, qui sont également à l’origine du sifflement sont fortement réduites.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Photo 12 : Corps d’essai soumis à abrasion (partie droite non soumise)

 

 

Photo 13 : Formation de rayures du au déplacement de matière en surface et à la formation de déchirures

 
Le déplacement de matière dans la zone de glissement la plus importante (grande forces tangentielles en combinaison avec des pressions élevées) a provoqué des fissurations et des pertes de matière dont la conséquence est une forte usure.

L’utilisation du produit contenant de l’aluminium en revanche en combinaison avec son fluide porteur entraine un déplacement de matière plus doux qui polit la surface et la lisse.

Par ce moyen, l’on amoindrit la formation de fissures sur l’état de surface et les destructions de matières, et donc également l’usure rail/roue.

 
Conclusion des études 

 

 
Produit de traitement de surface

 
En observant l’usure des rails dans les courbes, en plus de l’effet positif sur la réduction des nuisances sonores, la durée de maintenance des rails s’est améliorée en passant de 2 à 3 ans à 6 ans.

 En plus il est à observer :

 Aucune perte d’adhérence et pas d’allongement de la distance de freinage.

Afin de contribuer à cette somme d’effets positifs, nous ne parlons plus d’un lubrifiant mais d’un produit de traitement de surface, qui opère non seulement contre la réduction du bruit rail/roue mais aussi contre l’usure du rail et de la roue.

 
Application du produit de traitement de surface

 Application du produit de traitement par l’intermédiaire d’installations stationnaires dans les courbes.

 Inconvénients :

 Maintenance élevée pour le remplissage et le nettoyage des buses, les installations doivent être visitées sur site.

 -       d’où l’installation dans les rames de systèmes de pulvérisation.

Avantages :

Les installations peuvent être intégrées dans le programme quotidien de maintenance des rames.

 
Application du produit par l’intermédiaire des installations conventionnelles de lubrifiants de boudins de roues

 Tests effectués avec différents fabricants (Rebs, Baier und Köppel (BEKA, etc..)

 Les meilleurs résultats ont été obtenus avec les équipements de BEKA .

 L’application du fluide thixotropique, à cause de sa forte teneur en lubrifiants solides n’est pas sans problèmes

 

 

 

 

1.1                       Air comprimé

1.2                       Filtre à air

1.3                       Electrovanne 3/2 voies pour commande de la pompe

1.4                       Electrovanne 2/2 voies pour commande air de pulvérisation

1.5                       Pompe avec réservoir de 6L, cycle de 0.3 cm3

  

 

 

 

Remplissage externe par pompe et couplage

 

 
Installations dans les voitures

 
 

 

 

 

 

Application directe sur la surface du rail

 

 

 

Inconvénient :

 
Pollution autour des courbes à cause de la position en pantographe des voitures par rapport aux rails

 Visualisation des différentes images de pulvérisation

 Déplacement par rapport au centre du rail

 30% cad 12 voitures sur 40 sont équipées de systèmes de pulvérisation

 

 

Type de voiture	Quantité de voitures	Système de pulvérisation sur bande de roulement	Système de pulvérisation sur boudin de roue
GT-E	14	7 BEKA	7 BEKA
GT-N	20	5 BEKA	20 REBS
GT-D	6	0	0

 

 

 

 

 

Application du produit

 

 

 

Application sur boudin de roues

 

 

 

Application sur bande de roulement

 

 

 

Application du produit dans le sens de la marche

Piloté à l’aide d’un capteur de courbe dans l’articulation, à partir d’un rayon < 50 m l’application est activée.

 Pompe et air de pulvérisation activé

Pompe et air de pulvérisation à l’arrêt

 
Ligne droite-traitement des courbes-ligne droite

 La pompe à piston distribue toutes les 2 secondes une quantité de 0.3 cm3. Toutes les 2 secondes de l’air comprimé est propulsé pendant 2 secondes pour pulvériser le produit sur la bande de roulement de la roue très finement

C'est-à-dire que sur un arc de 25 mètres avec une vitesse de passage de 15 Km/h, soit 4 révolutions de la roue (env. 8 mètres) il est déposé une quantité de 0.9 cm3 de produit. Grace à son pouvoir thixotropique, le produit se répartit uniformément sur la bande de roulement de la roue.

 L’application est effectuée tous le 3^ème ou 4^ème passage sur la courbe

 Ceci est suffisant

 Suite à ceci seul 30 % des rames ont été équipées d’un système de pulvérisation.

 Autres dispositions :

 Toutes les roues ont été équipées d’absorbeurs de résonnance axiaux.

De la combinaison du traitement de surface et des absorbeurs de résonnance axiaux résulte une absence  de sifflements.

Pour tout renseignement technique ou commercial ne figurant pas sur ce site, veuillez nous contacter à l'adresse suivante :

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