L’utilisation de cages en polyamide dans des roulements à rouleaux d’essieux ferroviaires apporte une amélioration significative des performances. La cage standard en polyamide (UPC) de SKF pour roulements à rouleaux coniques classe F a obtenu l’homologation de l’Association of American Railroads.

Le marché ferroviairenord-américain est centré sur le transport des marchandises. L’extrême variété de la topographie et des conditions environnementales met les équipements des wagons de marchandises à rude épreuve. L’AAR (Association of American Railroads) est chargée du contrôle de la qualité sur ce marché. Les équipements et systèmes ferroviaires font l’objet d’une maintenance proactive pour parer à tout incident préjudiciable.

La maintenance des roulements est une activité importante. Pour atteindre le niveau élevé de performance requis, des programmes sécurité-rénovation ont été mis en place. Les spécifications des paramètres d’état des roulements acceptables sont basées sur le manuel de l’AAR Manual of Recommended Standards and Practices, Section H – partie II.

Au début des années 80, l’amélioration et la remise à neuf des roulements cartouches à rouleaux coniques (TBU) étaient des pratiques largement répandues à travers l’industrie ferroviaire nord-américaine ; aujourd’hui, les exploitants ferroviaires confient une grande partie de ces activités à des entreprises agréées par l’AAR, comme SKF Railways North America. Sur son site d’Elizabethtown, dans le Kentucky, SKF améliore et rénove ses propres roulements cartouches et ceux de la concurrence.

SKF a démarré ses travaux de développement d’une cage en polyamide pour TBU en 1982dans son Centre de recherche (ERC), aux Pays-Bas.

La première application ferroviaire de roulements à rouleaux cylindriques dotés de cages en polyamide remonte à 1989. Il s’agissait des wagons de marchandises de la société nationale des chemins de fer allemands, Deutsche Bahn. Des essais en laboratoire et sur le terrain ont complété les travaux théoriques consacrés à l’optimisation des cages. Avec une cage en polyamide, le client bénéficie d’une durée de service et d’une fiabilité accrues. SKF en a fait sa cage standard pour toutes ses applications de roulements d’essieux ferroviaires. De plus, les cages en polyamide sont reconnues par les grandes compagnies ferroviaires et les principaux constructeurs de matériel roulant.

Les premiers roulements cartouchesTBU dotés de cages en polyamide ont été livrés en 1990. L’utilisation de TBU avec cages en polyamide s’est depuis généralisée pour :

• Les trains à grande vitesse en Europe, en Chine, au Japon et à Taiwan ;
• Plusieurs types de voitures de voyageurs en Europe et en Chine et tous les types de véhicules de transport en commun à travers le monde ;
• Les wagons de marchandises en Europe et en Chine ;
• Les wagons de transport lourd de marchandises en Australie, Amériques du Nord et du Sud ;
• Les wagons de marchandises spéciaux avec des roues de très faible diamètre pour le ferroutage à travers les Alpes.

Actuellement, en Allemagne,tout le matériel roulant neuf (trains à grande vitesse ICE, locomotives, voitures de voyageurs, unités multiples et wagons de marchandises) est équipé en standard de cages en polyamide. D’autres grandes compagnies de chemins de fer européennes enregistrent d’excellents résultats avec cette même caractéristique de conception.

Les quatre principaux avantages pour le client :

• Le polymère est résilient, contrairement à l’acier doux malléable qui peut causer des piqûres, un écaillage et une corrosion de contact dans le roulement.
• Les alvéoles rainurées réduisent le patinage des rouleaux et améliorent la répartition de la graisse.
• Le coefficient de frottement du polymère est inférieur à celui de l’acier, ce qui se traduit par des températures de service et des valeurs de moment de frottement inférieures et, par conséquent, une usure et une fatigue des composants et du lubrifiant plus lentes.
• Auto-lubrifiant, le polymère permet au roulement « d’effectuer un atterrissage en douceur » en cas de défaillance de la lubrification. Cette propriété contribue à prévenir le grippage des roulements, les échauffements et les déraillements.

L’amélioration dela sécurité et des performances fait également partie des préoccupations majeures. Les compagnies ferroviaires demandent parfois « De combien de temps disposons-nous pour détecter un roulement en surchauffe ? »
La réponse dépend en grande partie du type et de la conception de la cage. Un test peut être effectué pour mesurer la durée de fonctionnement d’un roulement entre l’arrêt de la lubrification et la défaillance. Pour une cage en acier, cette durée est très courte : la température du roulement augmente rapidement jusqu’à l’échauffement qui provoque le grippage.

La cage en polyamide, utilisée dans les mêmes conditions, peut fonctionner sans lubrification pendant une période beaucoup plus longue. Ensuite, la température augmente et les barrettes de la cage fondent sur les éléments roulants. La matière fondue agit comme un lubrifiant de secours. Même dans de telles conditions (sans cage), le roulement peut fonctionner pendant plusieurs heures comme un roulement à rouleaux jointifs sans subir de grippage. Associés à des méthodes de détection des échauffements par infrarouges, les roulements dotés d’une cage en polyamide accordent à l’exploitant un temps de réaction beaucoup plus long en cas de défaillance.

Le graphique illustre les résultats du test d’arrêt de la lubrification effectué au Centre d’essais ferroviaires SKF sur deux roulements dotés, pour l’un, d’une cage en acier et pour l’autre, d’une cage en polyamide. La lubrification des deux roulements, installés sur un banc d’essai, a été interrompue après la période de rodage. La température du roulement avec cage en acier a grimpé en flèche jusqu’au grippage du roulement au bout de 70 km. La température du roulement avec cage en polyamide a augmenté avant de se stabiliser, puis il a continué à fonctionner correctement sur 500 km.

La cage en polyamide SKF est utilisée en standard pour toutes les applications de roulements d’essieux ferroviaires. Fabriquée dans un matériau polymère spécial, la nouvelle cage en polyamide standard peut se substituer à n’importe quelle cage en acier conventionnelle utilisée dans un roulement cartouche TBU. Les exploitants et les entreprises de maintenance ferroviaire ne sont plus contraints d’acheter des roulements neufs pour profiter des avantages de cette nouvelle technologie, qui d’ailleurs ne se limitent pas à la sécurité. Cette cage contribue en effet également à allonger la durée de service et à améliorer les performances et la fiabilité du roulement. Des résultats positifs d’essais en ligne menés sur le réseau des chemins de fer d’Amérique du Nord ont permis à SKF d’obtenir l’homologation de l’AAR pour moderniser et améliorer avec la cage SKF standard en polyamide des roulements ferroviaires existants.