Les SABOTS et SEMELLES de FREIN







Mon texte simple
PRÉAMBULE
La sécurité des circulations repose sur l'observation directe et le respect strict de la signalisation.
C'est pourquoi un train doit toujours circuler avec ses freins en état de fonctionnement.

Le transport ferroviaire permet de transporter des charges très lourdes (2400t avec un EM pour un train de marchandises voire plus), ou de circuler à des vitesses importantes pour les trains de voyageur, mais en contrepartie les distances d'arrêt sont importantes.  
 
Le transport routier ne permet pas de transporter des charges comparables avec le transport ferroviaire, mais est capable de s'arrêter sur des distances beaucoup plus courtes.  
 
Pourquoi :  
• En circulation ferroviaire le frottement, roue-rail, se fait acier sur acier, entraînant un faible coefficient de frottement, de plus la masse d'un train est beaucoup plus importante qu'une voiture,  
• En circulation routière le frottement, roue-route, se fait caoutchouc sur bitume, entraînant un fort coefficient de frottement.  
 
Comme l'effort de freinage doit toujours rester inférieur à la force d'adhérence, et que celle-ci est beaucoup plus faible en circulation ferroviaire que routière, il en résulte une distance d'arrêt ou de ralentissement en défaveur du rail.

Exemple de distance d'arrêt :  
• Voiture à 130 km/h : distance d'arrêt 170m,  
 
• Train à 130 km/h : distance d'arrêt 630m.


La méthode la plus courante consiste à agir par frottement à la périphérie des roues.
Cela est réalisé par l'application de sabot ou semelle sur la table de roulement des roues.

Cette façon de faire présente deux avantages : 
• Elle offre une plus grande surface de répartition et de dissipation de la chaleur, 
• Elle maintien en état de propreté la table de roulement des roues, condition indispensable au bon fonctionnement des « circuit de voie » utilisés pour la signalisation.

Pour préserver les roues contre les dégradations d’origine thermique, il est parfois nécessaire de limiter la pression par centimètre carré de sabot. Dans ces conditions l’effort retardateur désiré peut être cependant réalisé en augmentant la surface de contact : 
• Soit en utilisant des semelles doubles (deux semelles montées sur un support unique approprié), 
• Soit en installant des sabots de « chaque coté de la roue », ces sabots pouvant eux-mêmes comporter des semelles doubles.

Les SABOTS

Les sâbots en fonte

Caractéristiques des sabots en fonte : 
Leur coefficient de frottement varie énormément en fonction de la vitesse et de la pression d'application:
• 0,10 à 140 Km / h, 
• 0.30 à 30 Km / h, 
• 0.40 à 10 Km / h. 

Le coefficient de frottement augmente considérablement aux abords de 50 km/h.
Par contre, le coefficient de frottement n'est pratiquement pas influencé par la présence d'eau ce qui fournit une bonne constance des performances de freinage quelles que soient les conditions atmosphériques.


Le faible coefficient de frottement des sabots en fonte au-delà de 50 km/h entraîne une limitation de la vitesse à 120 km/h.

Pour circuler à des vitesse supérieure à 120 Km/h, il faut utiliser des freins dits "haute puissance" R.

Cet équipement possède deux étages de freinage et permet de faire varier la pression aux cylindre de frein en fonction de la vitesse de circulation :
• 1er étage : VL entre 50 et 160 Km/h : 3,8 b aux CF, 
• 2ième étage : VL inférieure à 50 Km/h : 1,9 b aux CF.

Avantages :
• Fabrication facile et peu coûteuse, 
• Peu de nocivité sur les roues,
• Provoque un dépolissage bénéfique de la roue, 
• Peu de modification de performance de freinage selon les conditions atmosphériques. 

Inconvénients :
• Usure rapide, 
• Bruit important lors des freinages, 
• Enrayage à basse vitesse. 
Mon texte multi-lignes
Les semelles composites
Pour pallier l'insuffisance des coefficients de frottement des semelles fontes à des vitesses au-delà de 50 km/h, des semelles avec des matériaux différents ont vues le jour.

Les semelles composites sont en, carbone + liant + abrasif, et leurs caractéristiques sont les suivantes : 
 
Les engins moteurs équipés de semelles de freins en matière composite ou en matériau fritté sont repérés par la marque apposée dans la (les) cabine(s) de conduite K orange) figure dans la cabine de conduite de la locomotive afin d'alerter le conducteur de la plus faible efficacité du freinage à faible vitesse.
Ils nécessitent des règles particulières d'utilisation du frein.
• Les circulations équipées de semelles en matière composite ont un coefficient de décélération constant quelle que soit la vitesse. De ce fait pour avoir un freinage plus important à faible vitesse il faut augmenter la pression aux cylindres de frein. 

Inconvénients :
• Les semelles composites provoquent un polissage important et néfaste de la roue,

 
2 types de semelles sont utilisés : 
• Semelles à haut coefficient de frottement (0,25) dites semelles K, 
• Semelles à bas coefficient de frottement (0,17) dites semelles L. 
Semelles K
Coefficient de frottement est de 0,25. 
 
Avantages :
• Réduction du nombre de semelles grâce au coefficient de frottement élevé, 
• Coefficient de frottement constant,
• Usure faible, 
• Provoquent un polissage de la roue,
• Niveau de bruit inférieur à la fonte. 

Inconvénients :
• Le coefficient de frottement diminue avec l’humidité et par période de froid, 
• Usure rapide et déformation des tables de roulement, 
• Valeur d’achat plus élevée que la fonte compensée par une usure inférieure. 
Semelle L
Coefficient de frottement est de 0,17. 
 
Avantages :
• Réduction du nombre de semelles grâce au coefficient de frottement élevé, 
• Usure faible, 
• Niveau de bruit inférieur à la fonte. 

Inconvénients :
• Le coefficient de frottement diminue avec l’humidité et par période de froid, 
• Usure plus rapide  car elles sont moins agressives que les semelles K, 
• Valeur d’achat plus élevée que la fonte. 
Mon texte multi-lignes
Les semellles frittées M
La composition de ces semelles est à base de bronze ou de fer additionnés de carbure et leurs caractéristiques sont les suivantes : 
 
• Leur coefficient de freinage est de 0,25. 
 
Avantages :
• Le coefficient de frottement ne varie pas avec l’humidité, 
• Usure très faible, 
• Provoque un dépolissage bénéfique de la roue,   

Inconvénients :
• Valeur d’achat très élevée. 
• Matériau très agressif pour les tables de roulement
• Niveau de bruit très important.

Les semelles frittées peuvent être utilisées sur les locomotives afin d'éviter des allongements des distances d'arrêt lors des circulations haut le pied sur rails mouillés.

Les disques
Le freinage sur les roues présente l'inconvénient d'ajouter à la fatigue mécanique due au roulement la fatigue thermique due au freinage.

L’utilisation du frein à disque résout ce problème. Des patins en matière composite pincent des disques à ailettes calés sur l’essieu. 
Les ailettes des disques permettent d'évacuer la chaleur due au freinage.
 
• Leur coefficient de freinage est de 0,35. 
 
Avantages :
• Gain d’efficacité due au fort coefficient de freinage, 
• Economie d’entretien,
• La possibilité de combiner disques et sabots facilite l'évacuation de la chaleur. Les performances en sont améliorées d'autant.

Inconvénients :
• Création d’une couche de glace lors de période de grand froid, 
• L'adhérence est affaiblie par le polissage dû au roulement,
• Le disque utilisé seul conduit à un polissage néfaste de la roue, 
Pour diminuer ce dernier inconvénient, il faut soit utiliser des anti-enrayeurs, soit compléter le dispositif par un frein à semelles.(freinage réalisé à 1/3 par les semelles et 2/3 par les disques) 

Le frein électromagnétique
On utilise un patin de fonte constitué d'électro-aimants. Lors de la commande de ce freinage, le patin descend au niveau du rail et l'alimentation des électro-aimants provoque un effort de retenu. 
Cela permet la réduction de la distance d’arrêt d’environ 25%. 
Le frein HAUTE PUISSANCE
Pour permettre des vitesses supérieures à 140 km/h, les véhicules concernés sont équipés d’un système de freinage plus performant : le frein “ haute puissance”. 
 
Pour cela, il faut : 
•  augmenter la pression d’air admise aux cylindres de frein, 
•  utiliser des semelles de frein possédant un coefficient de frottement supérieur : 
•  semelles en matériau composite, 
•  semelles en matériau fritté. 
•  utiliser des freins à disques. 
R
7. Le frein à trois étapes de pression
Le frein à trois étapes de pression équipe les “voiture C200 grand confort”. 
 
Au-dessus de 160 km/h, on constate l’impossibilité de certains équipements à dissiper la chaleur résultant du freinage. Les étapes de pression consistent à faire varier la pression aux CF : 
 de 200 km/h à 160 km/h : 1/2 pression aux CF (évite l’enrayage), 
 de 160 km/h à 50 km/h : pression aux CF (puissance maxi), 
 de 50 km/h à l’arrêt : 1/2 pression aux CF. 
Mon texte multi-lignes
8. Le freinage sur les engins moteurs
Les engins moteurs ont une masse importante, qui est de l’ordre de 80 à 90 tonnes en moyenne. 
 
Lors de la circulation d’un engin moteur, l’énergie emmagasinée est très importante, et résulte de la masse de l’engin moteur et de la rotation des masses tournantes des moteurs de traction. 
 
De ce fait, des performances de freinage correcte nécessiteraient un effort de freinage très important pour détruire l’énergie emmagasinée par l’engin moteur.(2 tonnes pour une 17000). 
 
Mais le frottement des semelles sur les tables de roulements entraînerait des dégradations dues à la chaleur (criques thermiques, fissures,…). 
 
Cela aurait pour conséquences, une usure rapide des semelles, un changement rapproché des essieux moteurs, qui entraînerait une indisponibilité de l’engin moteur, et un coût important pour l’entreprise. 
 
Pour éviter ces dégradations, les performances des engins moteurs sont donc modestes. La vitesse à respecter pour une circulation haut-le-pied est de maximum 100 km/h. 
 
Pour augmenter les performances de freinage, certains engins moteurs sont équipés d’un freinage électrique. Ce freinage électrique agit soit automatiquement lors de la mise en action du frein continu, soit manuellement à la demande du mécanicien. 
On utilise les moteurs de traction en génératrice. Ils produisent du courant : 
 
 qui est diffusé dans un rhéostat : c’est le freinage rhéostatique, 
 qui est diffusé dans la caténaire : c’est le freinage par récupération. 
 
Lorsque ce freinage électrique entre en action, le freinage pneumatique de l’engin moteur est neutralisé afin de détériorer inutilement les tables de roulement. 
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes
Mon texte multi-lignes