Les véhicules de transport en commun à plancher bas offrent un accès facile aux voyageurs. Les véhicules modernes articulés sont constitués de plusieurs caisses pour améliorer l’accessibilité et la sécurité des voyageurs. Les articulations de ces caisses reposent sur des solutions de rotules spéciales mises au point par SKF.

Nous assistonsactuellement à une prise de conscience publique et politique de la nécessité de développer la mobilité collective, en particulier dans les grandes villes et les banlieues. Ce constat ouvre de nouvelles opportunités pour le développement de systèmes de transport en commun et incite, par conséquent, l’industrie du matériel roulant ferroviaire à rechercher de nou-velles solutions. Les nouvelles générations de véhicules novateurs offrent une qualité supérieure et plus de confort et de sécurité.

Les véhicules modernes de transport en commun, comme les rames à éléments multiples, trains de banlieue, voitures de métro, véhicules ferroviaires légers et tramways sont constitués de caisses articulées. Différentes conse bild urations de deux à sept caisses raccordées sont disponibles sur le marché. Auparavant, les trains étaient constitués de plusieurs véhicules indépendants, comme des automotrices et des remorques, accrochés les uns aux autres. Ce système avait pour inconvénients de limiter la capacité d’accueil de voyageurs, d’empêcher la circulation à l’intérieur du train et les voyageurs s’y sentaient moins en sécurité. De nos jours, les véhicules de transport en commun articulés offrent de nouveaux avantages qui contribuent à améliorer le rendement ainsi que le sentiment de sécurité des voyageurs (se bild . 1 et 3).

Les caisses articulées peuvent être reliées entre elles par le biais de bogies, appelés bogies Jakob. Dans ce cas, le nombre de bogies nécessaires est important, ce qui augmente la masse et le coût. Un autre principe de conception, de plus en plus utilisé, consiste à raccorder les caisses directement à l’aide d’articulations, en réduisant ainsi le nombre de bogies. Ces articulations doivent permettre aux deux caisses connectées d’effectuer des mouvements dans les trois dimensions.

Les angles et la vitesse de glissement sont extrêmement faibles et dépendent du tracé de la voie (rayons des courbes dans le sens horizontal et vertical) et de la vitesse du véhicule. De plus, il est essentiel de prévoir des chocs exceptionnels de tamponnement importants dans le sens horizontal. Dans la plupart des applications, l’articulation est protégée et située à l’extérieur de la caisse. Les opérations de maintenance s’avèrent par conséquent difficiles et doivent être évitées autant que possible.

Exigences types

• Supporter différentes charges et cycles de mouvement conformément à VDV 152 , EN 12663 et aux spécifications du client ;
• Cas de charges dynamiques et statiques en service, plus chocs exceptionnels de tamponnement (voir Tableau 1) ;
• Absence de rupture de l’articulation en cas d’urgence ;
• Fonctionnement tridimensionnel pour les virages et mouvements de roulis et de tangage (basculement) en circulation et sous l’effet de la déformation des caisses ;
• Conception compacte offrant un gain de place ;
• Intégration facile de l’articulation sur des supports existants en alliage léger ou en fonte ;
• Fonctionnement silencieux et sans broutage ;
• Insensibilité aux produits nettoyants, aux jets salins, à la corrosion et aux impuretés ;
• Faibles coûts du cycle de vie.

Exigences structurelles relatives aux véhicules ferroviaires de transport en commun conformément à la BOStrab.
Exigences structurelles relatives aux caisses de véhicules ferroviaires.

Caractéristiques du produit et conception
La rotule axiale spéciale (se bild . 2) est constituée des éléments suivants :

1. Une rondelle-arbre cémentée dotée d’une piste sphérique chromée dur qui offre un diamètre d’interface précis et des trous filetés pour les raccordements ;
2. Une rondelle-logement ;
3. Les inserts de la rondelle-logement à armature en polymère composite PTFE haute performance ;
4. Un boulon central à tête sphérique faisant office de système anti-remontée et monté avec un certain jeu par rapport à la rondelle-arbre ;
5. Un écrou de blocage (si le boulon central n’est pas directement en contact avec la rondelle-logement) ;
6. Un joint souple à deux lèvres en contact avec la rondelle-logement ;
7. Un couvercle en polymère pour assurer l’étanchéité de la partie supérieure de la rotule.

Les articulations ferroviaires sont conçues à partir de simulations informatiques de pointe. De tels outils permettent de calculer les forces de réaction, en particulier pour la pire éventualité, qui correspond à la force horizontale maximale en cas d’urgence associée à une charge verticale minimale. Le dispositif anti-remontée et toutes les pièces de la rotule doivent pouvoir supporter la force de réaction verticale. Celle-ci détermine par conséquent le choix de la taille de la rotule. Il convient par ailleurs de tenir compte de la conception des pièces adjacentes ou de besoins spécifiques relatifs au montage. Bien que la rotule soit personnalisée et adaptée aux conditions de service, elle repose sur une exécution de base, ce qui permet de maintenir les coûts à un niveau raisonnable.

La combinaison des matières de glissement est au cœur de la spécificité de ce produit.

Elle assure un fonctionnement fiable et régulier pour une longue durée de service, y compris dans des conditions limites de lubrification. Le polymère, profondément ancré dans le substrat, est fourni avec une épaisseur d’usure d’environ 2 mm (se bild . 4).

Par rapport à d’autres matières autolubrifiantes plus fines, ce polymère est moins sensible aux particules abrasives et constitue par conséquent un meilleur choix, compte tenu des exigences de fiabilité. La matière de glissement présente en outre des propriétés d’amortissement remarquables, ce qui est particulièrement intéressant pour les applications ferroviaires. Elle offre également une excellente résistance à l’usure avec un taux d’usure pratiquement linéaire, ce qui facilite les prévisions de durée de service (se bild . 6).

Les valeurs de frottement des matières de glissement sont excellentes, traduisant de faibles niveaux sonores et l’absence de broutage. Le comportement tribologique de l’articulation peut être encore amélioré par le biais d’une lubrification appropriée. Bien que la combinaison de matières de glissement puisse fonctionner sans aucune lubrification, la rotule est livrée garnie de graisse et avec un dispositif de relubrification (se bild . 5).

La relubrification a pour effet non seulement d’améliorer le mécanisme tribologique, mais aussi de faire barrage aux impuretés et d’améliorer la protection anti-corrosion.

Expérience sur le terrain
Depuis près de 30 ans, SKF a accumulé une expérience très positive sur le terrain avec la combinaison des matières de glissement acier/polymère composite PTFE dans le domaine des véhicules ferroviaires et des transports en commun. Cette expérience est renforcée dans des applications caractérisées par un fonctionnement dynamique similaire, comme les rotules axiales utilisées dans les tourelles de poches de coulée, les ponts basculants, les grues ou les chargeurs de navires.

Des mesures effectuées sur les rotules inspectées sur des tramways après huit années de service et environ 500 000 km ont révélé une usure étonnamment faible. Ces rotules étaient en excellent état et capables de fonctionner de manière satisfaisante pendant encore un certain temps. Avec ce modèle spécifique, SKF a établi un nouveau standard industriel pour les articulations. Ce standard est parfaitement reconnu par la majorité des fabricants de véhicules de transport en commun.

Avantages pour le client

• Fonctionnement fiable.
• Faibles coûts du cycle de vie.
• Solution sur mesure prête à être intégrée.

Pour le développement de ces rotules spéciales, SKF a travaillé en étroite collaboration avec de grands fabricants de véhicules ferroviaires et de transport en commun. L’équipe d’ingénierie a passé en revue leurs exigences pour les intégrer dans la technologie des rotules.

L’industrie ferroviaire est un secteur dans lequel la sécurité et les coûts du cycle de vie sont des sujets extrêmement sensibles. Il est par conséquent essentiel de fournir des solutions intégrées fiables à valeur ajoutée pour des coûts raisonnables.

Applications
Plusieurs exécutions ont été développées et fabriquées pour supporter des chocs exceptionnels de tamponnement de 400 kN et 800 kN et pour différentes conse bild urations de tramways. Elles reposent toutes sur les mêmes principes de conception avec la même combinaison éprouvée de matières de glissement et le dispositif anti-remontée. Elles sont livrées sous forme d’une « boîte noire » prête à être montée. Depuis la toute première utilisation des butées axiales standard, l’articulation est devenue une unité à valeur ajoutée répondant aux exigences toujours plus élevées de l’industrie ferroviaire. Les articulations à rotules fournies par SKF contribuent au transport de voyageurs en toute sécurité dans des villes du monde entier.