PROBLÈMES LIÉS au FREIN PNEUMATIQUE








PRÉAMBULE
Le frein continu automatique présente une grande sécurité de fonctionnement.

Son principal défaut réside dans le fait d'utiliser des variations de pression dans la conduite générale pour obtenir un serrage ou un desserrage.

En effet le frein pneumatique possède l'inconvénient de ne pas permettre une simultanéité lors d'un serrage ou d'un desserrage des freins entre la tête et la queue du train.

Cela est du :
• A la longueur des trains,
• A la vitesse de propagation de l'air dans la conduite générale,
• Aux diamètres de la conduite générale (CG), différents pour les voitures (26mm) et les wagons (34mm),
• Aux pertes de charges qui se produisent tout au long de cette conduite :
     • Des pertes linéaires dues aux frottements de l'air contre les parois de la conduite générale (CG), 
     • Des pertes singulières dues aux modifications de la continuité de la conduite générale (CG) provoquées par les accouplements reliant les véhicules entres eux.

Ce décalage dans l'établissement du serrage ou du desserrage est d'autant plus important que le train est long.

La VITESSE de PROPAGATION de l'AIR
La vitesse de propagation de l'air dans la conduite générale est d'environ 280 m/s.
Ce temps inclus :
• La vitesse propre de propagation d'une onde,
• Et le temps de réponse du distributeur.

Exemple :
Pour un train de voyageurs de 700 m de long, le début de serrage ou de desserrage du dernier véhicule intervient dans ce cas près de 2,5 secondes après le premier véhicule du train.

depression dans la cg
               
remontee de pression dans la cg
                                                         
Dépression dans la CG
                                                                                                                     
Remontée de pression dans la CG

Le temps nécessaire pour créer une dépression de 1,6 bar est de :
• 0,85 s en tête,
• 14,5 s en queue en raison de la limitation de débit due au diamètre de la CG.

Ces temps sont amplifiés lors du desserrage notamment par le fait qu'il faut non seulement remplir la conduite générale (CG) mais également les réservoirs auxiliaires (RA) :
La remontée de pression à 4,8 bars s'effectue en :
• 0,85 s en tête,
• 43,5 s en queue.

temps de serrage
            
temps de desserrage
                                                        
Temps de serrage
                                                                                                                                         
Temps de desserrage
Conclusion
Le temps de réaction induit par la commande pneumatique et le retard intervenant également dans le remplissage des cylindres de frein en queue du train, font que les performances de freinage de la rame ne sont pas celle qu'elle pourrait théoriquement fournir, du fait des différents retards qui interviennent lors du remplissage des cylindres de frein des véhicules de queue.

L’effet de ces inconvénients est proportionnel à la longueur du train.

INFLUENCE du TEMPS de RÉACTION des FREINS
Ce décalage engendre, lors des serrages ou desserrages, des efforts longitudinaux parasites dans le train qui ont pour conséquences :
Au serrage :
• Un tassement des véhicules de queue sur ceux de tête,
• De fortes pressions sur les tampons, avec des risques d'enchevêtrement de tampons,
• Des risques de dételages,
• Des risques de désacouplements,
• Un allongement des distances d'arrêt,
• Un inconfort des voyageurs,
• Des déplacements de chargement,

Au desserrage :
• Un risque de rupture d'attelage par réaction des véhicules dans le train (traction des véhicules encore freinés),
• Des phénomènes d'à-coups lors de la reprise de la traction,
• Un inconfort des voyageurs,
• Des déplacements de chargement.

Conclusion
Ces efforts longitudinaux sont néfastent pour la circulation du train et doivent être, soit éliminés, soit réduits.:
• Tenu en ligne du train,
• Sécurité des circulations,
• Confort des voyageurs ou la stabilité des chargements.

Les performances de feinage sont de plus diminuées du fait du retard du remplissage des cylindres de frein (CF) en queue de train.
L'effet de cet inconvénients est proportionnel à la longueur du  train.
Il en est tenu compte pour déterminer les performances de freinage des trains.
 
Le temps de réaction des freins oblige d'avoir recours à une commande électrique du frein (FEP) qui permet de réaliser une simultanéité de remplissage et de vidange des CF des véhicules de tête et de queue.
Tous les trains circulant à des vitesses d'au moins 160 km/h sont équipés du frein électropneumatique.

La commande électrique du frein (FEP)
• Les trains V160 d'une longueur supérieure à 470 mètres doivent impérativement être équipés du FEP en état de fonctionnement.
• Au-delà de V160 le FEP en état de fonctionnement est impératif.

Si tel n'est pas le cas, ces trains devront réduire leurs vitesses limites.
• Un V160 sera limité à la vitesse d'un V140,
• Un V200 sera limité à la vitesse d'un V160.

RÉDUCTION des EFFORTS LONGITUDINAUX
Pour lutter contre les efforts longitudinaux plusieurs moyens existent :
• Application de règles de conduite spécifiques,
• Utilisation de tampons à grande absorption d'énergie,
• En serrant les attelages,
• En utilisant le FEP (Frein ElectroPneumatique).

D'autres moyens sont utilisés : 
• Modification du diamètre de la CG entre les trains de voyageurs (26mm) ou de marchandises (34mm) pour améliorer la vitesse de propagation de l'air,
• Un Changement de régime de frein V (Voyageurs) ou M (Marchandises) qui permet d'adapter la mise en action du frein au caractéristiques des trains.
La CHARGE et la VITESSE d'un TRAIN
La charge et la vitesse d'un train dépend de sa catégorie.
Pour un train de voyageurs :
• Le tonnage est moyen entre 400 à 800 tonnes,
• La vitesse importante, jusqu'à 200 km/h pour un train classique,
• Les voitures sont homogènes et les attelages bien serrés.

Ce type de train est apte à recevoir un freinage énergique,

Pour un train de marchandises :
• Le tonnage est plus élevé entre 1000 à 2400 tonnes,
• La vitesse faible, jusqu'à 100 km/h pour un train de marchandises,
• Les types de wagons qui composent ces trains sont hétérogènes, ainsi que leurs masses et leurs chargements,
• Les attelages sont desserrés pour permettrent le décollage des trains lourds.

Un freinage brutal appliqué à certains provoquerait des réactions violentes entre les véhicules, des chargements risqueraient de se déplacer, d'autant plus que les attelages ne sont pas serrés à fond afin de faciliter le démarrage des trains de marchandises lourds.

Ainsi le frein continu doit être adapté à la catégorie du train remorqué, on aura donc deux types de frein continu :
• Le Frein Continu Voyageurs (FCV), rapide (vitesse) et énergique (distance d'arrêt),
• Le Frein Continu Marchandises (FCM), lent (vitesse) et progressif (déplacement de chargement).

Le RÉGIME de FREIN
Le frein utilisé est le frein continu automatique.
Ce frein peut fonctionner au régime "VOYAGEURS" ou "MARCHANDISES".

La mise en oeuvre du freinage
Le régime "MARCHANDISES" se différencie du régime "VOYAGEURS" par des temps de serrage et de desserrage plus importants.

Le matériel peut être équipé soit de l'un ou de l'autre, soit des deux à la fois. Un dispositif spécial permet d'obtenir le régime correspondant à la catégorie du train remorqué.

Le régime de frein a été mis en place pour remédier aux inconvénients dus aux efforts longitudinaux qui se créent lors des freinages ou accélerations.


Sur les trains de marchandises
•  Il faut principalement éviter le tassement violent des véhicules de queue sur ceux de tête,
•  Le tassement "doux" ainsi réalisé permettra de faciliter le redémarrage des trains de marchandises lourds après un arrêt.

Pour cela les trains sont équipés du Frein Continu Marchandises, FCM.
Cela consiste à réaliser un allongement du temps de serrage et de desserrage des distributeurs.
• Une manette permet de basuler sur la position V6 ou M24,
• Ce dispositif agit sur le temps de remplissage ou de vidange du cylindre de frein.

• Les performances de freinage s'en trouvent altérées et imposent de limiter la vitesse de ces trains.

dispositif v6 m24
   
position g et p
     
position m et v
                         
Principe du dispositif V6 M24
                                                                     
Position G et P
                                                                                    
Position M et V

Ce frein dénommé G, pour Gunterwagon, se caractérise par :
• Un temps de serrage des cylindres de frein (CF) compris entre 18 et 30 secondes, (24s en moyenne sur les locomotives),
• Un temps de desserrage des cylindres de frein (CF) compris entre 45 et 60 secondes.

temps de serrage cf regime g
        
temps de desserrage cf regime g
                                            
Pression aux CF : Temps de serrage
                                                                                                       
Pression aux CF : Temps de desserrage

Les performances de feinage sont de plus diminuées du fait du retard du remplissage des cylindres de frein (CF) en queue de train.
L'effet de cet inconvénients est proportionnel à la longueur du  train.

Malgré tout, le FCM en raison du temps de mise en action des freins, masque l'influence de la vitesse de propagation de la vidange CG.

Pour le FCM ce retard représente :
(2*100)/24 = 8 % du temps de serrage

Sur les trains de voyageurs
Ils circulent à vitesse plus élevée que les trains de marchandises et doivent avoir de meilleures performances de freinage pour :
• Maitriser les distances de ralentissement et d'arrêt. 

Pour cela les trains sont équipés du Frein Continu Voyageurs, FCV.
Cela consiste à réaliser une diminution du temps de serrage et de desserrage des distributeurs.
• Une manette permet de basuler sur la position V6 ou M24,
• Ce dispositif agit sur le temps de remplissage ou de vidange du cylindre de frein.

Pour limiter les effets de temps de mise en action du frein, cela impose de réaliser des règles de freinage en fonction de la longueur des trains au regard de la vitesse.

dispositif v6 m24
Principe du dispositif V6 M24

Ce frein dénommé P, pour Personenwagon, se caractérise :
• Par un temps de serrage compris entre 3 et 6 secondes, (6s en moyenne sur les locomotives),
• Par un temps de desserrage compris entre 15 et 20 secondes.

temps de serrage cf regime p
       
temps de desserrage cf regime p
                      
Pression aux CF : Temps de serrage
                                                                                                  
Pression aux CF : Temps de desserrage

Les performances de feinage sont de plus diminuées du fait du retard du remplissage des cylindres de frein (CF) en queue de train.
L'effet de cet inconvénients est proportionnel à la longueur du  train.
Il en est tenu compte pour déterminer les performances de freinage des trains.

Pour le FCV le temps de mise en action des freins devient non négligeable.

Pour le FCV ce retard représente :
(2*100)/6 = 33 % du temps de serrage.

Sur les engins moteurs
Les locomotives peuvent remorquer des trains de voyageurs ou de marchandises. Ils doivent pouvoir adapter leur freinage au régime de freinage des trains qu’elles remorquent.

Le conducteur doit en fonction du type de train et en fonction de sa longueur positionner le régime de frein de la locomotive sur la bonne position.
Certains matériels remorqués possèdent les deux régimes de frein. Dans ce cas leur mise en position convenable est réalisé lors par les agents formation.

dispositif v6 m24
      
dispositif v6 m24
                                                                                            
Manette sur le distributeur
                        
Visualisation de la position du dispositif V6 M24

DÉFINITION
Le TEMPS de SERRAGE
Le temps de SERRAGE est égal à la durée de remplissage du cylindre de frein, mesuré depuis le moment ou l'air commence à pénétrer dans le cylindre de frein et celui ou la pression y atteint 95% de sa valeur finale.

Le TEMPS de DESSERRAGE
Le temps de desserrage est égal à la durée de vidange du cylindre de frein mesurée depuis le moment ou l'air commence à s'échapper du cylindre de frein et celui où la pression y atteint la valeur de 0,4 bar.

Le SERRAGE à FOND 
Le serrage à fond est celui qui correspond à la pression maximale au cylindre de frein.
Il est obtenu en provoquant dans la conduite générale une dépression de 1,5 bars pour les distributeurs type UIC et à 2 bars pour les distributeurs JMR.

Le TEMPS de REMPLISSAGE
Le temps de remplissage des capacités (RA ou RC) est égal à la durée du remplissage du réservoir mesurée depuis le moment ou l'air commance à y pénétrer et celui ou la pression y atteint 4,8 bars.

La VITESSE de PROPAGATION
La vitesse de propagation est le quotient de la longueur de la conduite générale du train déterminée (sans tenir compte des branchements), depuis le robinet du frein jusqu'au robinet d'arrêt de queue, par le temps qui s'ecoule entre le moment ou le conducteur positionne le frein sur la position serrage et celui ou l'air commence à pénétrer dans le cylindre de frein du dernier véhicule.