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PRINCIPES des RÈGLES de COMPOSITION et de FREINAGE des TRAINS




          
          





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,
• Une puissance de freinage en rapport avec la masse et la vitesse du train.

Mais d'autres éléments doivent être pris en compte....

PRINCIPES des RÈGLES de COMPOSITION et de FREINAGE des TRAINS
Les trains circulant sur le réseau ferré sont de nature très diverses. A ce titre ils sont classés en plusieurs catégories : 
• Trains de voyageurs :
    • Du parc ordinaire,
    • Du parc spécialisé.
• Trains de messageries, 
• Trains de marchandises, 
• Machines haut-le-pied ou trains de machines.

Ces trains ont des caractéristiques très différentes du point de vue :
• De leur longueur,
• De leur vitesse,
• De leur masse.

Ces trains sont caractérisés du point de vue de leur composition, de leur freinage et de leur vitesse limite par : 
• Un indice de composition, (L’indice de composition est déterminé en fonction de la composition et du freinage réels du train ainsi que de ses conditions de circulation).
   • V120, V140, V160, R160, V200, R200, pour les trains de voyageurs,
   • ME100, ME120, ME140, MV160, MVGV,  pour les trains de messageries,
   • MA80, MA90, MA100, pour les trains de marchandises.

• Un code de composition. (Le code de composition correspond au type de matériel utilisé). 
   • AUTOM pour les Eléments Automoteurs Electriques,
   • AUTOR pour les autorails (avec ou sans remorque) et les Eléments Automoteurs Diésels,
   • AGC pour les EA à grande capacité thermiques, électriques et bi-modes,  
   • AR + indication de vitesse (AR 120, AR 140, AR 160) pour les trains réversibles de voitures spécialisées avec locomotives,
   • HLP et TM pour les Haut-Le-Pied et les Trains de Machines, 
   • EVO pour les évolutions, 
   • TALGO pour les trains composés de voitures TALGO. 
     
Nota : Un train ne peut comporter qu’un seul indice de composition de la gare origine au terminus.

De plus ces trains circulent sur des lignes qui possèdent certaines déclivités, pente ou rampe.
La déclivité des lignes appelée, profil de la ligne, est à prendre en compte dans le calcul du freinage d'un train (pente).
 
Les caractéristiques du train et de la ligne, obligent la mise en place de règles de composition et de freinage propres à chaque catégorie pour assurer la sécurité des circulations.
ÉLABORATION des RÈGLES de FREINAGE
La diversité de composition, de vitesse,...des trains et leurs remorques nécessitent de prendre en compte pour l'élaboration des règles de freinage un plus grand nombre d'éléments :

Pour les TRAINS
Leur vitesse
Le freinage consiste à, détruire l'énergie cinétique emmagasinée par un train en la transformant en énergie calorifique qui sera dissipée dans : 
• Les sabots des roues, 
• Les roues, 
• Des résistances, 
• ... 
 
Cette énergie cinétique est donnée par la formule.

E = ½MV²

On voit bien d'après cette formule que la vitesse tient une place importante puisqu'elle est proportionnelle au carré de la vitesse.
Ainsi l'énergie emmagasinée par un train est d'autant plus importante que la vitesse est élevée.

Conclusion
La puissance de freinage sera d'autant plus importante que la vitesse du train sera élevée.

Leur masse
L'augmentation de la masse d'un train entraîne un accroissement de l'énergie cinétique du train, mais dans une moindre proportion que la vitesse.
Il faut donc augmenter la puissance de freinage pour conserver les mêmes distances d'arrêt et de ralentissement pour une même vitesse.

Conclusion
La puissance de freinage sera d'autant plus importante que la masse du train sera élevée.
La masse freinée réalisée totale doit être au moins égale à la masse freinée nécessaire (MFR ≥ MFN) indiquée au tableau correspondant à la catégorie de train.

Le nombre de véhicules du train
La longueur du train
Le frein continu automatique ne permet pas une simultanéité de commande des freins en tête et en queue des trains longs (pour un train de 700 mètres, le début d’alimentation du dernier CF intervient 2,5 s après celui de tête). 
L’acheminement de l’air entre les deux extrémités du train demande un certain temps occasionné par le diamètre de la CG, ce qui nécessite le choix d’un diamètre plus grand pour les wagons (34 mm pour les wagons, 26 mm pour les voitures) permettant de conserver une vitesse de propagation convenable pour les trains longs. 

Ces phénomènes entraînent deux conséquences : 
• Il se produit des efforts longitudinaux provoqués par le tassement des véhicules de queue sur les véhicules de tête au cours des freinages,
• Les performances de freinage sont amoindries du fait du retard du remplissage des CF en queue de train. L’effet de cet inconvénient est proportionnel à la longueur du train.

Il en est tenu compte pour déterminer les performances de freinage des trains freinés au F.C.V (Frein Continu Voyageur).
Il est par contre négligeable pour les trains freinés au F.C.M (Frein Continu Marchandise) en raison du temps de mise en action plus long qui masque l’influence de la vitesse de propagation de la vidange CG. 

• Pour un train F.C.V d’une longueur telle que le dernier véhicule freine deux secondes après le premier, le retard représente : 
(2 x 100) / 6 = 33 % du temps de serrage,
• Pour le même train en F.C.M ce retard représente : 
(2 x 100) / 24 = 0,8 % du temps de serrage.

Conclusion
Cela entraîne :
La nécessité de limiter la longueur des trains :
   • Longueur des trains de voyageurs :
       • 25 véhicules :
           • Stabilité en queue de train, accumulation des mouvements parasites au dernier véhicule,
           • Limite de la ligne de chauffage 800A, 30A par voiture.

   • Longueur des trains de marchandises :
           • 750 mètres (généralement), assurer le garage du train sur les voies de triage et d’évitement,
           Nota : Certains trains de marchandises peuvent être freinés partiellement ou totalement au FCV.

   • Longueur des trains de messageries :
           • D'utiliser le freinage FCV ou FCM en fonction de la masse du train pour limiter les mouvements parasites.
Nombre de véhicule non freiné successif
Pour certaines catégories de train marchandises, il est possible d'incorporer des véhicules non freinés successifs. Ce nombre varie en fonction de la catégorie de train pour limiter les réactions longitudinales.

Nombre essieu ou bogie pour les trains de messageries.
Le nombre d'essieu ou de bogie peut être limité pour des raisons de :
• Frottement,
• Inscription en courbe,
• Stabilité.

Premier et dernier véhicule freiné
• Le dernier véhicule doit être freiné, ceci pour empêcher une dérive en cas de rupture d'attelage du dernier véhicule s'il n’était pas freiné.
• Le premier véhicule doit être freiné pour éviter des remaniement de composition lors des changements d'extrémité de l'engin moteur.

Conclusion
Il faut veiller lors de la formation du train de bien respecter toutes ces conditions :
• Nombre de véhicules non freinés successifs,
• Nombre d'essieu ou bogie du train,
• Premier et dernier véhicule freinées.

Présence d'équipement particulier
Antienrayeur : 
Les trains équipés de 4 ou 5 véhicules doivent être munis d'antienrayeurs essieu par essieu.

Freinage haute puissance
En fonction de la catégorie de train, ils doivent être équipés du frein haute puissance <R> en fonction de la composition minimale du train.

Conclusion
Il faut veiller lors de la formation du train de bien respecter toutes ces conditions.

Le frein électropneumatique (FEP)
En fonction de la longueur du train et de sa vitesse, pour compenser le retard à la mise en action des freins, les voitures voyageurs doivent être équipés du freinage électropneumatique (FEP).
La rapidité de mise en action du frein d’un train équipé FEP autorise une masse freinée inférieure tout en conservant des distances de freinage équivalentes.

Conclusion
Le conducteur devra veiller que le FEP est présent et en service sur l'engin moteur pour les trains ou sa présence est exigée.
Pour la LIGNE
Les déclivités
Les lignes sur lesquelles circulent les trains sont soumis à des déclivités, pentes ou rampes, qui viennent impacter la puissance de freinage nécessaire d'un train. 

En rampe
• La gravité tire le train vers le bas, cela est donc favorable, et réduite la distance de ralentissement et d'arrêt des trains,
• Les déclivités sont calculées en mm/m (millimètres par mètre).

train en rampe
Train en rampe

En pente
• La gravité tire le train vers le bas, cela est défavorable, et augmente la distance de ralentissement et d'arrêt des trains. Il faut donc en tenir compte dans le calcul de la puissance de freinage d'un train, 
• Les déclivités sont calculées en mm/m (millimètres par mètre).

train en pente
Train en pente

Conclusion
Plus la pente est importante, et plus le freinage d'arrêt nécessaire doit être important. L'énergie accumulée par le train augmente.

Pour les ENGINS MOTEURS
Le nombre d'engin moteur en tête du train, en service ou en Cv
L'énergie cinétique emmagasinée par la locomotive lorsqu'elle circule est accentuée par la présence de masses en rotation qui accumulent une énergie cinétique non négligeable. 
 
Masses en rotation dans une locomotive :  
• Les moteurs électriques, 
• Les transmissions,  
• Les essieux,  
• Les engrenages.  
 
Ainsi l'énergie accumulée par les masses tournantes peut être assimilées à une masse supplémentaire. 
Pour exemple, l'induit d'un moteur de : 
• BB25500 = 2 tonnes par moteur. 
 
L'accélération des masses tournantes nécessite ensuite un effort de freinage supplémentaire pour ralentir ou arrêter l'engin moteur.


Conclusion
Les compositions des trains de voyageurs doivent prévoir un nombre minimum de véhicule pour venir compenser le freinage modeste des engins moteurs :
Exemple :
• V200 : 6 ou 4 véhicules en fonction de leur performance de freinage,
• V160 : 6 ou 4 véhicules en fonction de leur performance de freinage,
• ....

Le freinage relatif des engins moteurs est l'explication des compositions minimales existant pour certaines catégories de trains. Les voitures ou wagons venant compenser le freinage limité des engins moteurs. (Voyageurs, MV160)

L'influence des masses tournantes est telle, qu'elle oblige à limiter la vitesse des trains lorsque plusieurs engins moteurs se trouvent en tête d'un train, participant ou non à la traction.
• 2 engins moteurs diesel en tête :
    • Vitesse à ne pas dépasser V140,
• 2 engins moteurs électriques en tête :
   • Vitesse à ne pas dépasser V140 plus vitesse en fonction de la position des pantographes si besoin (UM).

Vitesse limite en fonction du nombre d'engin moteur en tête d'un train

vitesse nbre d'em en tete
Vitesse limite en fonction du nombre d'engin moteur en tête d'un train
Le nombre de panto levés pour engin moteur électrique
Lorsque le pantographe est levé, il exerce une poussée sur le fil de contact de la caténaire qui est fonction de la tension à capter.

Sous l’action conjuguée de la poussée du pantographe et de la vitesse, la caténaire se soulève et se met à osciller verticalement. 

Ces oscillations peuvent être à l'origine :
• De déformations du fil de contact, soulèvement,
• D'une détérioration de la qualité de contact,
• D’avarie :
   • Destruction d’archets,
   • Rupture du fil de contact,
   • Décollement de pantographe, engendrant la formation d'arc électrique,
   •  …. 

En circulation, ces problèmes se trouvent amplifiés lorsque deux engins moteur participent à la traction (UM : Unité Multiple) par :
• Le nombre de pantographe levé, la poussée sur la caténaire augmente,
• Le type de pantographe : Monophasé ou continu,
• L'écartement de ces pantographes par rapport à leurs positions sur la toiture des engins moteurs.

Pour limiter ces inconvénients il est nécessaire de limiter la vitesse des circulations possédant plusieurs locomotives électriques en tête participant à la traction, en fonction de la position des pantographes levés.

Lorsque le conducteur circule avec plusieurs engins moteurs en tête participant à la traction, il doit veiller à la position des pantographes en fonction du type d'engin moteur, monocourant ou bicourant et sous quelle tension d'alimentation caténaire il va circuler.

Vitesse limite en fonction de la position des pantographes
Sous courant monophasé 25Kv 50Hz, engins moteurs monocourants

vitesse en fonction de la position des pantographes
Vitesse maximale en fonction de la position des pantographes

Sous courant monophasé avec des engins moteurs monocourants la vitesse minimale est de 100 km/h. 

Sous courant monophasé 25Kv 50Hz, engins moteurs bicourants

vitesse en fonction de la position des pantographes
Vitesse maximale en fonction de la position des pantographes

Sous courant monophasé avec des engins moteurs bicourants la
• Vitesse minimale est de 80 km/h,
• Vitesse maximale : 120 km/h 

Sous courant continu 1500V 
Sous courant continu, l'armement de la caténaire étant plus important, les risques de soulèvements de la caténaire s'en trouvent réduit. 
 
Dans ce cas et quel que soit la position des pantographes avec des engins, monocourants ou bicourants, la vitesse à ne pas dépasser est de : 120 km/h. 

Conclusion
Le conducteur doit veiller à la position des pantographes lors d'une circulation en UM (Unité Multiple) pour respecter la vitesse correspondante.

Position des réducteurs sur GV ou PV
La vitesse de rotation d’un moteur de traction varie en fonction de la vitesse du train.  
Ainsi sur un engin moteur, l’inertie des masses tournantes n’est pas à négliger.  
 
Sur la position V, la vitesse de rotation maximale (1430 tr/min) est atteinte à 140 km/h (BB17000),  
Sur la position M, la vitesse de rotation maximale (1430 tr/min) est atteinte à 100 km/h (BB17000).  
 
Lorsque qu'une circulation circule avec les réducteurs sur la position M au lieu de V, l’inertie des masses tournantes est plus importante et à vitesses égales, la distance d’arrêt ou de ralentissement est augmentée, ainsi que l’usure des sabots ou semelles et l’échauffement des tables de roulement.  

C’est pourquoi lorsqu'un engin moteur équipé de réducteur est incorporé à une circulation comme véhicule, ses réducteurs doivent être placés sur la position V.  

Conclusion
La position des réducteurs, sur les machines équipées, doit être positionné sur V lors d'une circulation Cv : Comme véhicule : ne participe pas à la remorque du train.
Le KVB
Les engins moteurs remorquant les trains V200 doivent posséder le KVB en état de fonctionnement. Indication de la préannonce.

Le frein
V6 M24
• Pour les trains de voyageurs on positionne le régime de frein sur "V",
• Pour les trains de marchandises on positionne le régime de frein sur "M",
• Pour les trains de messageries, en fonction de leurs masses, on positionne les régimes de frein de l'engin moteur sur "V" ou "M" pour limiter les mouvements parasites.

Conclusion
Le conducteur doit veiller à positionner correctement le régime de frein sur l'engin moteur en fonction des catégories de train et de leurs compositions.

Le frein électropneumatique (FEP)
En fonction de la longueur du train et de sa vitesse, pour compenser le retard à la mise en action des freins :
• Pour certaines catégories de trains, les voitures voyageurs doivent être équipés du freinage électropneumatique (FEP) en service,
• Pour commander le FEP l'engin moteur doit être équipé du freinage électropneumatique (FEP) en état de fonctionnement.
 
Conclusion
Le conducteur doit veiller à utiliser le FEP sur l'engin moteur en fonction des catégories de train et de leurs compositions.

Le BULLETIN de FREINAGE
Le conducteur est renseigné sur les caractéristiques de son train, composition, freinage, masse remorquée..., sont transmises au conducteur par l'intermédiaire du bulletin de freinage. 
 
La remise au conducteur du bulletin de freinage donne l’assurance que les opérations de formation du train, sont conformes et terminées, à l’exception de l'essai de frein.

Le CLASSEMENT des LIGNES
Le profil de ligne (déclivités : pente ou rampe) joue un rôle important dans le freinage des trains. 
• En rampe : La distance d'arrêt est réduite,
• En pente : La distance d'arrêt est augmentée.
 
Il faut également que le train puisse être immobilisé quel que soit le profil de la ligne.

L’implantation des signaux tient compte des déclivités.

Les risques
Dans le corps d’un train, on peut être amené à incorporer des véhicules non freinés, tout en ayant des performances de freinage satisfaisante. 
Que se passe t'il en cas de rupture d’attelage :
En fonction de la valeur de leurs déclivités, les lignes sont classées en plusieurs catégories.
• Lignes à freinage forfaitaire,
• Lignes à freinage d’arrêt et de dérive,
• Lignes à fortes pentes.

repartition du freinage
Répartition du freinage

wagon freine
  : Wagon freiné
wagon non freine
  : Wagon non freiné

Bien que ce train comporte des wagons non freinées, ces performances de freinage sont correctes : MFR ≥ MFN (la Masse Freinée Réalisée est supérieure ou égale à la Masse Freinée Nécessaire).

Que ce passe t'il en cas de rupture d'attelage :

En palier

point de rupture d'attelage
Point de rupture d'attelage

• Comme le train circule sur une ligne possédant des déclivités raisonnables lors d'une rupture d'attelage la première partie freinée du train va venir freiner la deuxième partie : Il n'y a pas de risque.
• A l'arrêt, l'immobilisation de la rame est assurée par la première partie.

En pente

point de rupture d'attelage en pente
Point de rupture d'attelage en pente

• Comme le train circule sur une ligne en pente lors d'une rupture d'attelage la première partie freinée du train va venir freiner la deuxième partie : Il n'y a pas de risque.
• A l'arrêt, l'immobilisation de la rame est assurée par la première partie.

En rampe

point de rupture d'attelage en rampe
Point de rupture d'attelage en rampe

• Comme le train circule sur une ligne en rampe lors d'une rupture d'attelage la première partie freinée du train va venir s'arrêter.
• A l'arrêt :
   • La première partie :
        •  La première partie freinée s'immobilise,
   • La deuxième partie :
        • Non freinée ou insuffisamment freinée peut s'immobiliser si la rampe n'est pas trop importante,
        • Si la rampe est trop importante et le freinage de la deuxième partie insuffisant, elle va partir en dérive.

deuxieme partie en derive
Deuxième partie du train en dérive

Problématique
Comment faire pour éviter une dérive lorsque les rampes sont importantes ?

• Les sections de ligne sont classées en fonction de leurs déclivités.
• Les exigences de freinage et par conséquent les règles de freinage qui en découlent ne sont pas forcément les mêmes en fonction de ce classement pour certaines natures de trains qui y circulent (trains MA),
• Il faut répartir le freinage dans le train en imposant une répartition du frein et un minimum de freinage dans la deuxième partie du train de manière à permettre l'immobilisation de n'importe qu'elle partie du train, en cas de rupture d'attelage sur une ligne comportant des déclivités importantes.
Lignes à freinage forfaitaire.
Lorsque les déclivités sont faibles, la répartition du freinage n'est pas nécessaire, le freinage est dit "FORFAITAIRE".
• Les déclivités caractéristiques, pentes ou rampes sont ≤ 20 mm/m, 
• Les parcours comportant des pentes continues de 20 mm/m sur une longueur de plus de 15 km sont à classer «à fortes pentes» et ne sont donc pas à freinage forfaitaire.

Sur les lignes désignées « lignes à freinage forfaitaire » : 
• Le premier et le dernier véhicule sont freinés, 
• Le nombre de véhicules successifs non freinés ne dépasse pas 10, 
• La masse freinée totale (en tonnes) est au moins égale à la masse freinée nécessaire MFRT ≥ MFN. (voir tableaux de freinage des MA sur lignes FF en fonction de la masse totale). 

Cette masse freinée garantit l’arrêt du train sur des distances compatibles avec le respect de la signalisation.

Lignes à freinage d’arrêt et de dérive.
Lorsque les déclivités sont importantes, la répartition du freinage est indispensable, les trains sont freinés pour l'"ARRÊT et la DÉRIVE".

Les lignes comportant des déclivités supérieures à 20 mm/m sans atteindre les distances indiquées pour les lignes désignées à fortes pentes sont à freiner pour l'"ARRÊT et la DÉRIVE".

Sur lignes désignées « lignes à freinage d’arrêt et de dérive » : 
• Le premier et le dernier véhicule sont freinés, 
• Le nombre de véhicules successifs non freinés ne dépasse pas 10, 
• La masse freinée totale est au moins égale à la plus élevée des masses freinées d’arrêt et de dérive nécessaires indiquées aux tableaux FA/FD, 
• La moitié au moins de la masse freinée de dérive nécessaire se trouve dans la deuxième moitié du train déterminée en comptant tous les véhicules, y compris le ou les locomotives de remorque.
     • La répartition de la MFR sur le train garantit l’arrêt des 2 parties de train en cas de rupture d’attelage.
     • On comptabilise le nombre d’éléments du train, véhicules et engins moteurs, puis on divise par 2. En cas de nombre impair on arrondir au chiffre entier inférieur, cas le plus restrictif. 

Nota : 
1. La masse freinée d’arrêt nécessaire dépend des pentes caractéristiques de la ligne et de la masse totale. 
2. La masse freinée de dérive nécessaire dépend des déclivités caractéristiques de la ligne et de la masse totale.

Lignes à fortes pentes.
Les parcours comportant des pentes continues de 20mm/m (ou plus) sur une longueur de plus de 15 Km sont à classer «FORTES PENTES».
Elles font l'objet de particularités dans la composition et la remorque du train.

Lignes comportant des pentes égales ou supérieures à :
• 20 mm/m sur au moins 15 km, 
• 25 mm/m sur au moins 10 km, 
• 30 mm/m sur au moins 5 km.

Ces performances de freinage sont déterminées : 
En tonnes :
C’est le freinage d’après la masse. 
C’est le mode de calcul utilisé pour tous les types de trains composé de matériel du parc ordinaire

En nombre d’essieux freinés : 
C’est le mode de calcul utilisé pour tous les types de trains composé de matériel du parc spécialisé.

RÉSUMÉ
Les paramètres à prendre en compte pour la détermination des règles de composition et de freinage sont très nombreux.
En fonction de l'indice de composition tout ou partie de ces paramètres entrent en ligne de compte.

• Certains de ces paramètres sont pris en compte par l'agent formation lorsqu'il établit le bulletin de freinage,
• D'autres sont à prendre en compte par le seul conducteur (nombre d'Em, position des pantographes...).

La combinaison des deux donnera la vitesse maximale du train à respecter.
 
Pour les trains
• La vitesse,
• La masse,
• Le nombre de véhicules du train,
• La longueur,
• Le nombre de véhicules freinés,
• Le nombre d'essieu ou de bogie composant le train,
• Le premier et le dernier véhicules sont freinés,
• La présence d'antienrayeur,
• La présence du frein haute puissance,
• La présence du frein électropneumatique sur les véhicules.

Pour la ligne
• Les déclivités.

Pour les engins moteurs
• Le nombre d'engin moteur en tête du train, en service ou en Cv,
• Le nombre de panto levés pour les engins moteurs électrique,
• La position des réducteurs sur GV ou PV,
• Le KVB,
• Le frein électropneumatique (FEP).
DÉFINITIONS
Longueur totale du train
La longueur totale du train est obtenue par addition de la longueur tampons compris de chaque véhicule arrondie, le cas échéant, au mètre supérieur ou inférieur selon que la fraction atteint ou n’atteint pas 0,5 m et de la longueur forfaitaire des machines de remorque, en véhicule et de pousse si elles sont attelées. 

 La longueur d’une locomotive est forfaitairement fixée à 20 m, 10 m pour un locotracteur.

Masse remorquée
C’est la somme des masses, de l’ensemble des véhicules remorqués, y compris la tare de la ou des machines en véhicule.

Masse totale
C’est la somme de la masse remorquée + la tare de la ou des machines de remorque (y compris la ou les machines de pousse).

Masse freinée
La masse freinée, exprimée en tonnes, caractérise la puissance de freinage. 

Masse freinée remorquée
Elle correspond à la somme des masses freinées de l’ensemble des véhicules freinés remorqués et des éventuelles machines en véhicule.

Masse freinée totale
C’est la masse freinée remorquée + la masse freinée de la ou des machines de remorque (y compris la ou les machines de pousse).

Masse freinée des EM
Les locomotives comportent un dispositif de changement de régime de freinage voyageurs/marchandises. 
De plus, certaines sont équipées du freinage rhéostatique d’urgence. 
Les diverses masses freinées, exprimées en tonnes, sont indiquées sur la caisse.
 
La ou les machines de remorque (y compris la ou les machines de pousse attelées au train) sont à prendre en compte systématiquement dans le calcul du freinage du train.
 
Rappel : les locotracteurs ne sont porteurs que de la marque V. 

La masse freinée des machines non équipées du FAMAD (Frein Automatique Modérable Au Desserrage), n’est pas prise en compte pour déterminer la masse freinée totale des trains sur les ligne à fortes pentes.