Le ferroviaire à grande vitesse10

Le ferroviaire à grande vitesse

En bref

Dans leur quête de vitesse pour réduire les grandes distances, les transports nécessitent des solutions d’ingénierie robustes. Grâce à des relations de longue date avec l’industrie ferroviaire, la technologie SKF est aujourd’hui présente dans la plupart des applications à grande vitesse en service ou en cours de développement. SKF fournit des solutions complètes de boîtes d’essieux basées sur des boîtes-cartouches à roulements à rouleaux coniques ou cylindriques. De plus en plus, ces unités sont équipées de systèmes de capteurs sophistiqués pour la surveillance des performances, le diagnostic des défaillances et les prévisions des besoins de maintenance. Une vitesse élevée impose que les pièces critiques en termes de sécurité soient performantes et résistantes à toute épreuve.

La vitesse est un élément clé des chemins de fer. SKF est à l’avant-garde de la conception des trains à grande vitesse, fournissant certaines des pièces de véhicules ferroviaires les plus critiques en termes de sécurité : les ensembles de boîtes d’essieux constitués des roulements ou ensembles-roulements d’essieux, du palier de boîte d’essieu et de capteurs intégrés.

Les trains à grande vitessequi circulent actuellement à 300 km/h ont modifié la géographie de l’Europe et les distances entre les grandes villes s’expriment en heures de transport en TGV, ICE, Eurostar ou autre train. Les nuages menaçants du réchauffement mondial sont autant d’arguments en faveur de ce moyen de transport jugé le plus durable .

 

Évolution historique
SKF s’investit depuis toujours pour développer des solutions face aux défis posés par les constructeurs et opérateurs de trains à grande vitesse concernant le développement, la conception et les essais de roulements d’essieux. Aujourd’hui, certaines normes européennes classent dans la catégorie du transport ferroviaire à grande vitesse des véhicules dont la vitesse maximale dépasse 200 km/h. Dans les années 1930, en Europe et en Amérique du Nord, des trains avaient déjà atteint des vitesses de circulation de 130 km/h avec des pointes jusqu’à 160 km/hs.

La plupart des locomotives à vapeur d’Europe et d’Amérique du Nord, par exemple, étaient équipées de boîtes d’essieux et de roulements à rotule sur rouleaux SKF. Le train expérimental français Michelin 23 sur roues en caoutchouc et d’une vitesse maximale de 150 km/h était muni d’une boîte à engrenages et de roulements de roues SKF. Parmi les nombreuses applications historiques des années 1920 et 1930, l’unité multiple diesel-électrique hollandaise type DE 3 de 1934 était équipée de boîtes d’essieux et de roulements à rotule sur rouleaux SKF.

La Deuxième Guerre mondiale a mis un frein au développement des transports à grande vitesse et ce n’est qu’en 1964, lors de l’inauguration au Japon du train Tokaido Shinkansen circulant à 200 km/h, que les trains à grande vitesse ont fait leur réapparition. En Europe, les locomotives électriques E03, capables également d’atteindre 200 km/h, sont arrivées en Allemagne en 1965. Elles étaient équipées de boîtes d’essieux, de roulements à rotule sur rouleaux et de roulements de systèmes d’entraînement SKF. En 1981, les premiers TGV français ont atteint la vitesse de 270 km/h en exploitation commerciale. Ils étaient équipés de roulements pour systèmes d’entraînement SKF.

 

Pendulaires à grande vitesse
Le premier train pendulaire des chemins de fer italiens fut l’ETR 450, entré en service en 1985. Les trains Pendolino, d’une vitesse maximale de 250 km/h, ont été construits par FIAT, dont la division ferroviaire fait aujourd’hui partie d’Alstom. Leurs boîtes d’essieux ont été développées par SKF et équipées de roulements d’essieux SKF. Le Pendolino de dernière génération est équipé, en plus, de capteurs de vitesse intégrés. Ces trains circulent depuis 1992 : il s’agit de l’ETR 460 et l’ETR 480 en Italie, du Sm3 en Finlande, du Cisalpino ETR 470 en Suisse et du Pendoluso au Portugal. Le Pendolino dernière version est actuellement en service en République tchèque.

Les trains pendulaires suédois X2000 développés par Adtranz en 1990 peuvent atteindre une vitesse maximale de 220 km/h et sont équipés de boîtes-cartouches à roulements à rouleaux coniques TBU 130 x 220 de SKF. Un train pendulaire circule également en Chine.

 

Passage à la vitesse supérieure en Allemagne, Italie, Espagne et au Japon
Le train allemand ICE est entré en service en 1991. Les remorques de l’ICE 2, qui atteignent une vitesse maximum de 280 km/h, sont équipées de roulements à rouleaux coniques SKF. Siemens est à l’origine de la conception des bogies. Les automotrices de l’ICE 1 et de l’ICE 2 sont équipées de TBU 150 x 250. Le train italien ETR 500 peut atteindre une vitesse maximale de 300 km/h. Ses bogies sont de marque FIAT/Alstom. Remorques et automotrices sont équipées de boîtes-cartouches à roulements à rouleaux coniques SKF intégrant des capteurs de vitesse et de température. Les premiers trains sont entrés en service en 1992.

SKF a décroché une commande pour la première exportation japonaise de trains Shinkansen. KHI, Kawasaki Heavy Industries, premier constructeur de matériel roulant ferroviaire du Japon, a sélectionné SKF comme fournisseur de roulements de boîtes d’essieux pour les 360 voitures qui seront exportées vers Taiwan. Le train est conçu pour une vitesse maximale de 300 km/h. Les performances remarquables de la solution SKF et la place essentielle accordée à la sécurité ont séduit KHI et la Taiwan High Speed Rail Corporation.

En Espagne, les systèmes de trains à grande vitesse connaissent un formidable essor. Plusieurs nouveaux trains et locomotives très prometteurs sont équipés d’ensembles-roulements d’essieux, de boîtes d’essieux et, pour la plupart, de roulements de systèmes d’entraînement SKF. En voici quelques exemples :

  • Trains Alstom Lanzaderas S104 et S114 (250 km/h) ;
  • Train à grande vitesse Alstom AVE S100 (300 km/h) ;
  • Train à grande vitesse CAF pour la Turquie (250 km/h) ;
  • Siemens Velaro S103, vitesse de service maximale de 350 km/h (détient un record de vitesse de 404 km/h établi en Europe avec un train de série) ;
  • Trains à grande vitesse Talgo AVE S102 et S112 (330 km/h), (voitures construites par Talgo et têtes motrices de marque Bombardier).

 

Caractéristiques techniques
Sécurité absolue et fiabilité extrême 365 jours par an, quelles que soient les conditions climatiques, pour des périodes sans maintenance de près d’un million de kilomètres, telles sont les attentes des clients de SKF. Répondre à ces attentes nécessite un savant mélange d’innovations décisives et d’expérience acquise au fil des années passées à optimiser le moindre détail concernant les matériaux métalliques et non métalliques, la topographie des surfaces et les lubrifiants.

Les solutions de boîtes d’essieux grande vitesse sont constituées d’un ensemble-roulement d’essieu intégré dans un palier conçu conformément aux exigences des clients : interfaces avec la fusée d’essieu monté, systèmes de suspension, montages d’amortisseurs, balai de retour de courant et équipements, câbles et interfaces de connecteurs pour capteurs.

À l’origine, les essieux montés étaient équipés de roulements à rotule sur rouleaux qui ont été progressivement remplacés par des roulements à rouleaux coniques ou cylindriques, choisis en raison d’un frottement plus faible et, donc, d’une température de service inférieure. Cette température de service inférieure optimise les performances de la graisse et contribue à allonger les intervalles de maintenance de façon significative. Pour simplifier le montage et la maintenance, SKF a développé des ensembles-roulements d’essieux complets. Ils présentent un jeu déjà réglé, sont lubrifiés en usine et intègrent des dispositifs d’étanchéité.

Des caractéristiques spécifiques ont été développées pour ces applications exigeantes. Elles ont également été introduites sur d’autres applications que les applications à grande vitesse. Voici quelques exemples :

  • Une cage en polymère pour une fiabilité et une sécurité accrues dans des conditions de fonctionnement critiques :
  • Une entretoise en polymère entre la bague d’appui et la bague intérieure du roulement pour éviter la corrosion de contact et la pénétration d’impuretés et contribuer ainsi à l’allongement des intervalles de maintenance et à la diminution du coût du cycle de vie.

SKF a, par ailleurs, intégré des capteurs de vitesse et de température dans le système d’étanchéité des unités afin de simplifier encore davantage le montage et obtenir un nombre limité de pièces en bout d’essieu.

Des normes et des essais rigoureux
Toute nouvelle conception ou modification de conception nécessite des essais de validation approfondis avant de pouvoir être utilisée pour l’application. À cet égard, SKF a participé activement à l’élaboration de la norme européenne EN 12082. Cette norme définit une spécification détaillée et des critères d’acceptation pour l’approbation des roulements et ensembles-roulements d’essieux sur des bancs d’essais spécialisés. À l’origine, cette norme avait été élaborée pour le TGV, premier train à grande vitesse en Europe. Aujourd’hui, SKF dispose de sept bancs d’essais qui fonctionnent 24h/24 au sein de son Centre de recherche basé aux Pays-Bas. Ces bancs d’essais permettent non seulement d’évaluer les effets d’une nouvelle caractéristique de conception sur les performances globales, mais également de vérifier l’adéquation de produits existants pour de nouvelles applications ou d’une source d’approvisionnement alternative pour les pièces. Les paliers de boîtes d’essieux, ces pièces essentielles qui transmettent les charges des bogies aux roulements d’essieux, sont également soumis à des essais de fatigue très stricts basés sur les normes UIC, après calcul détaillé par la méthode des éléments finis et vérification de la résistance à la fatigue simulée par ordinateur.

SKF respecte également le nouveau référentiel IRIS (International Railway Industry Standard) et se bild ure parmi les premières entreprises certifiées. Ce référentiel couvre toutes les caractéristiques mentionnées dans la norme ISO 9000 auxquelles s’ajoutent les exigences supplémentaires de l’industrie ferroviaire européenne. La norme IRIS s’intéresse par ailleurs à l’évaluation des systèmes de gestion, notamment pour la gestion de projets multi-sites.

 

Avancées techniques les plus récentes
L’ETCS (European Train Control System, système européen de contrôle des trains) est un nouveau système de signalisation, contrôle et protection des trains. Il remplacera 14 systèmes de sécurité ferroviaire nationaux incompatibles, en particulier sur les lignes à grande vitesse. L’un des facteurs importants en termes de sécurité est le positionnement exact des trains à grande vitesse déterminé grâce à un compte-tours et à la surveillance de trajectoire. Les ensembles-roulements SKF étanches et graissés intègrent des capteurs qui offrent des avantages indéniables : gain de place, nombre de composants limité, manipulations faciles. Plusieurs ensembles de capteurs indépendants sont installés sur le flasque du roulement pour fournir des systèmes redondants. Ces modèles offrent un encombrement réduit, en particulier dans le sens axial où les balais de retour de courant et les profils des calibres imposent quelques contraintes. L’autre avantage des capteurs intégrés est qu’ils ne nécessitent pas de modifier la conception de l’essieu d’origine. Le train italien Pendolino constitue l’une des premières applications des capteurs ETCS de SKF.

 

Détection des défaillances en continu
Les systèmes SKF de maintenance conditionnelle mécanique en ligne sont conçus pour contribuer à la prévention et à la détection précoce des défaillances éventuelles, fournir une assistance automatique pour la correction des défauts existants ou imminents et générer des données pour alimenter les systèmes de gestion de la maintenance conditionnelle. Le système de surveillance en ligne Multilog IMx-R de SKF, développé exclusivement pour l’industrie ferroviaire, permet d’améliorer la fiabilité et, donc, la disponibilité des véhicules grâce à la surveillance de nombreux paramètres :

  • État des roulements d’essieux et durée de service de la graisse ;
  • Forme des roues et méplats ;
  • Contrôle de la stabilité des bogies ;
  • Risque de déraillement ;
  • État du système de propulsion, par ex., moteurs de traction, boîtes de vitesse et arbres à cardan ;
  • Balourd et résonance ;
  • État de la voie ferrée.

Le système en ligne Multilog IMx-R offre une multitude de fonctions : avertissements et alertes automatiques qui initient la communication de bord et externe sur la base de la charge et de la vitesse, traitement de données pour un diagnostic et une analyse des causes racines automatiques, connexions avec des systèmes de gestion de la maintenance pour la planification des tâches, la gestion des pièces de rechange et des ordres de travail et accès aux données via Internet par l’utilisateur final.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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