Auteur: Steve Cox, directeur technique des systèmes de fixation chez Pandrol

Des développements innovants pour les selles de rail des lignes à grande vitesse et l’assemblage robotisé 

La résolution de problèmes qui change ce qui est possible

L’exploitation des trains à grande vitesse nécessite un alignement précis des rails. Sur les tronçons présentant un risque de tassement important après la construction, ou encore dans les régions où l’activité sismique est fréquente, les exigences relatives aux valeurs d’amplitude et de précision des ajustements vertical et latéral des rails seront particulièrement strictes. Quand la voie est construite sans ballast, la totalité de cet ajustement doit généralement être prévue dans le système de fixation. Compte tenu du peu de temps disponible pour la maintenance, la précision, la facilité et la rapidité des ajustements sont des caractéristiques majeures du système de fixation.

Pandrol a mis en pratique ses capacités de conception et de développement pour réduire la durée des ajustements, le nombre de pièces à échanger et la complexité de cette opération de maintenance importante.

La selle Fastclip de Pandrol est bien adaptée à la grande vitesse. L’ajustement est une exigence fondamentale et ce sous plusieurs aspects. L’amplitude possible des ajustements dans les directions aussi bien verticale que latérale, la précision avec laquelle ceux-ci peuvent être effectués, leur facilité et leur rapidité ainsi que le nombre et la complexité des pièces additionnelles ou de rechange, tout cela est important.

Comme il est fondamental de compenser les positions des fixations pour obtenir un alignement régulier, l’ajustement peut être nécessaire sur les rails courbés constitués de panneaux courts et droits. Cela est particulièrement vrai pour le positionnement de la selle dans le sens latéral et l’ajustement est d’autant plus essentiel que la courbe est serrée. Les fixations doivent être positionnées très précisément afin de rester dans la limite de tolérance exigeante en matière d’écartement de voie requise sur les voies à grande vitesse.

La selle de Pandrol peut être ajustée à volonté dans la limite de sa plage latérale de +/-12 mm. Elle peut être serrée et bloquée exactement dans la position requise. Les selles peuvent également être légèrement pivotées par rapport à l’axe de la dalle, de sorte que chaque selle soit alignée exactement vers le centre de la courbe dont la dalle particulière à laquelle elle est fixée fera partie. Cela signifie que toutes les dalles peuvent être identiques et que toutes les fixations sont réglées exactement de la même manière sur la structure initiale de la voie. Seules les positions exactes des selles installées sur une dalle différencient celle-ci des autres dalles de la voie. Ainsi, les dalles « de rechange » nécessaires en cas de réparations sont universelles et ne demandent pas à être construites spécifiquement avec les difficultés et les délais associés. Aucune configuration de fixation sur mesure n’est non plus requise pour obtenir un alignement exact des rails.

La flexibilité grâce à des capacités d’ajustement maximum

« La plaque de base de Pandrol peut être réglée en continu sur sa portée latérale de +/-12mm. »

Créer des efficacités de fabrication et d'installation

Alors que les lignes à grande vitesse construites dans des zones sismiques telles que le Japon et Taïwan demandaient des ajustements verticaux relativement élevés, généralement +50 mm, les exigences du projet HS2 à Londres demandent plus, +70 mm. La différence peut sembler modeste, mais le moment de basculement qui agit sur la fixation est plus important et tous les supports en béton prévus pour absorber les charges latérales ont un niveau de précontrainte ou de renforcement plus élevé que le niveau maximal de la dalle de base. Pandrol a testé minutieusement la nouvelle exigence de réglage de la hauteur maximale d’après la norme européenne du CEN en vigueur ; nous avons effectué 3 millions de cycles de charge avec un bloc configuré afin de tester des assemblages adjacents dont les hauteurs d’installation étaient comprises entre 0 et +70 mm.

Lors des ajustements verticaux, sur les dalles dotées de semelles de rail, la position latérale de la face intérieure du rail est également modifiée. Afin de conserver un contrôle étroit de l’écartement des rails, les ajustements verticaux peuvent nécessiter le remplacement de composants déterminant l’alignement latéral, à moins que, comme c’est le cas avec la selle Pandrol, la position de la selle elle-même puisse être simplement ajustée. Un ajustement en hauteur de +70 mm sur une inclinaison des rails de 1:20, comme dans le projet HS2, modifie l’écartement de 7 mm, bien plus que le changement de 2,5 mm causé par l’ancien ajustement en hauteur maximal de +50 mm sur des rails inclinés de 1:40 comme c’est le cas en Chine.

La rapidité de la construction et des interventions de maintenance est importante et le système de selle Fastclip de Pandrol permet d’utiliser des moyens mécanisés pour faire basculer des attaches entre les positions de marche et d’arrêt afin de permettre le remplacement et la mise hors contrainte des rails. Les vitesses auxquelles les attaches peuvent être insérées et retirées sont exceptionnellement élevées et bien connues au Royaume-Uni.  Les systèmes d’inspection optique des voies montés sur des rames techniques, permettant de vérifier les positions et la sécurité du système Fastclip sans vissage, sont facilement disponibles et peuvent fonctionner à des vitesses relativement élevées, pouvant aller généralement jusqu’à 160 km/h. En plus du gain de rapidité, ces systèmes de maintenance et d’inspection contribuent également à réduire l’intervention humaine sur la voie et à accroître la sécurité.

La rigidité globale de la voie conditionne plusieurs aspects du comportement du système voie-véhicule, mais la plupart des fixations de rails utilisées sur les lignes à grande vitesse intègrent au moins une selle ou une plaque en acier, si bien qu’il est généralement possible d’introduire au moins deux couches élastiques : une en dessous et une en dessus de la plaque. Même pour une rigidité globale prédéterminée et spécifiée de l’ensemble de la fixation, le choix de la rigidité de ces deux éléments individuels peut affecter les performances dynamiques globales.

Cela peut à son tour influencer le niveau de bruit aérien en bordure de la voie ainsi que le comportement mécanique du système en réponse aux charges qui lui sont appliquées : bascule de rail, élargissement dynamique de l’écartement, etc. Il s’agit là d’un sujet complexe dont Pandrol a une bonne compréhension. Mais pour s’assurer que ses conceptions offrent la meilleure atténuation possible des bruits aériens compte tenu des contraintes données, Pandrol travaille en étroite coopération avec l’Institution of Sound and Vibration Research (ISVR) de Southampton pour tester différentes options de conception détaillées.

L'installation robotisée des selles est grandement facilitée par le fait que la selle Pandrol peut être en grande partie pré-assemblée avant d'être installée sur la dalle en usine.

Les différentes combinaisons des positions des selles sur une dalle donnée peuvent être sélectionnées à l’aide d’un bouton. Le scanner fournit une assistance et confirme le positionnement de la selle et la configuration de chaque dalle (et de son sens de pose) est codée dans une étiquette RFID apposée sur la dalle avant la sortie d’usine, si bien que la courbe ou la transition à laquelle est destinée cette dalle peut être identifiée à tout moment. Cette installation robotisée augmente la fiabilité et la qualité de l’installation dont dépend la qualité finale de l’alignement des rails. Elle augmente également les rythmes de production et réduit les risques de retards ou d’interruptions.

L’installation robotisée des selles est grandement facilitée par le fait que la selle de Pandrol peut être en grande partie pré-assemblée avant d’être installée sur une dalle dans l’usine. Cela constitue également un avantage pour le second aspect pour lequel l’ajustement est essentiel : l’entretien de la voie pendant toute sa durée de service.

Une selle endommagée peut être remplacée comme une unité indépendante. Il n’est pas nécessaire de démonter la fixation sur la voie, ni de savoir ensuite comment la remonter correctement. Les ajustements latéraux sont particulièrement avantageux. Il suffit de desserrer la selle, de la déplacer à la bonne position et de la resserrer. Aucune pièce de rechange supplémentaire n’est nécessaire et il n’y a pas besoin de démonter la fixation. Les ajustements verticaux sont également simples.

Les selles sont desserrées, toutes les cales supplémentaires nécessaires sont mises en place et la selle est resserrée. La conception plane très simple des cales d’ajustement en hauteur elles-mêmes les rend faciles à fabriquer, quelles que soient les épaisseurs précises requises. Il n’est pas dangereux d’assembler des cales d’épaisseurs différentes dans le mauvais ordre.