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" Dispositif d'ancrage pour rails de chemin de fer et similaires"
La présente invention concerne les dispositifs d'ancrage de rails de chemin de fer et similaires du type normalement appe- lé " à tirefond expansible ".
On naît que ce tirefond expansible comprend un boulon sur lequel on * introduit un anneau cylindrique de caoutchouc; le boulon avec son anneau est introduit dans un trou cylindrique de la traverse, de telle façon que l'extrémité filetée du boulon émerge vers le haut du trou à travers la plaque d'appui du rail. pour ancrer le rail avec sa plaque d'appui sur la traverse, on introduit sur l'extrémité émergente du boulon une rondelle ordi- @
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naire de fixation et on visse l'écrou du boulon.
En vissent1' éorou, la rondelle de caoutchouc est comprimée en direction axi- ale du trou, ce qui provoque une déformation radiale de la ron- delle et réalise la fixation dans le trou, En même temps,le dit écrou bloque la rondelle de fixation contre le pied du rail, fixant ainoi celui-ci contre la traverse* Au contraire, en de-* vissant 1' écrou, on libéra la rondelle de fixation et libère également le tirefond dans le trou.
Des dispositifs d'ancrage de ce genre sont très avant* goux dans le cas où les traversée sont en ciment ou dans le cas où les rails sont placée sur une base continue de ciment comme, par exemple, dans les métropolitains. Le défaut principal de ces ancrages est surtout apparent dans les métropolitains et réside dans l'absence de propriétés antivibratoires et antichocs; pour cela,les chocs et les vibrations auxquels est sujet le rail pen- dant l'usage, c'est & dire au passage d'un véhicule ferroviaire, sont communiqués presque entièrement à la traverse ou à la base en ciment. De cette façon, le tunnel et le voisinage vibrent et il se fait un bruit très intense dans le tunnel ou au dehors. un a déjà essayé d'éviter cet inconvénient en plaçant entre la traverse et la plaque de base une semelle en caoutchouc.
Le résultat obtenu n'a pas été intéressant au point de vue acou- stique et parfois même négatif au point de vue mécanique, car les vibrations du groupa d'ancrage et les sollicitations verti- cales répétées sous les roues des trains causent un déplacement progressif du tirefond dans le trou de la traverse, le rail étant ainsi libéré.
La présente invention est également basée sur la consta- talion que la semelle en caoutchouc ne peut pas absorber de fa- çon efficace les vibrations du rail si elle n'est pas syntonisés, cette syntonisation de la semelle dépendant aussi de son de&ré de précontrainte; plus la précontrainte est élevée, plus diffi- cilement seront absorbées les busses fréquences (chocs et fré- @ quences acoustiques).
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Par conséquent un des bute de la présente invention est de prévoir un dispositif d'ancrage à tirofond expansible dans le- quel la précontrainte de la semelle ost réglable indépendamment du degré de fixation du tirefond, qui est nécessaire pour son ancrage efficace dans la traverse. Un autre but de l'invention est de prévoir un dispositif d'ancrage dans lequel le tirefond expansible peut être fixé au maximum admissible, compte tenu de la résistance du boulon, ce sans préjudice pour l'effet d'isola- tion acoustique du dispositif.
La présente invention comprend aussi l'absolue nécessite de moyens pour contrôler le rebondissement du rail vers le haut.
Ce rebondissement, comme il a été constaté dans de nombreux es- sais effectués sur des dispositifs connus et sur le dispositif suivant l'invention, est en grande partie responsable soit du bruit du rail soit du relâchement du tirefond dans le trou de la traverse,
Contrairement à ce qu'on pourrait croire à première vue, ce rebondissement n'est que pour une très petite partie dû au déplacement vers le haut de la semelle en caoutchouc lorsque une roue du véhicule quitte la zone du dispositif d'ancrage;
la cause principale réside dans la roue quand elle se trouve dans l'inter- valle entre la première et la deuxième traverse en amont de celle considérée, ou bien lorsque la roue a atteint l'intervalle entre la première et la seconde traverse en aval de celle considérée, De cette façon par exemple quand la roue considérée se trouve entre la première traverse en amont et la première traverse en aval, le tronçon de rail entre ces traverses est fléchi vers le bas} mais dès que la roue est passée après la première traverse en aval, le moment de flexion dans le tronçon de rail est brus- quement renversés de cette façon le tronçon considéré a tendance à se plier vers le haut et à arracher de la traverse le tirefond correspondant.
Si cotte tendance à se plier vers le haut n'est pas suffisamment amortie, elle devra inévitablement donner lieu
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à des chocs et à du bruit.
Il faut tenir compte aussi que ces renversement$ du mo- ment de flexion à l'endroit d'une zone d'ancrage déterminée ont lieu quand le véhicule est encore à plusieurs centaines de mètres de la zone même et ne cessent de façon appréciable que quand le véhicule s'est éloigné également de plusieurs centaines de métrée.
La zone d'ancrage est ainsi soumise à une longue série de secousses de grande intensité situées principalement dans le plan vertical longitudinal du rail,.
Un autre but de l'invention est de prévoir des moyens efficaces d'amortissement du rebondissement du rail vers la haut, en prévoyant une conformation et une disposition très simple des parties qui permet de syntoniser ces moyens d'amortissement in- dépendamment du degré de fixation du tirefond et en outre d'a- mortir élastiquement le rebondissement avant qu'il se répercute sur le tirefond.
Le dispositif d'ancrage suivant la présente Invention, du type à tirefond expansible, dans lequel, entre la plaque d' appui du rail et la traverse est placée une semelle en caout- chouc, est caractérisé essentiellement par le fait qu'entre la semelle en caoutchouc et la traverse est interposée une plaque de base, traversée par le boulon du tirefond et qui forme en @ même temps l'arrêt pour le manchon à expansion du tirefond; la plaque de base est rigidement fixée contre la traverse par une cale circulaire rigide fixée entre l'écrou du boulon et la pla- que de base;
entre la plaque d'appui et l'éorou du boulon est placé un tampon circulaire en caoutchouc autour de la cale cir- culaire, par cela, la plaque d'appui est déplaçable verticale- ment entre l'éorou et la plaque d'appui.
Bien entendu, l'expression "traverse" ne doit pas être considérée dans un sens limitatif, car il est évident que les différentes traverses peuvent être remplacées par une dalle con- tinue en ciment, comme on le verra ensuite,cela sans modifier/7
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pour cette raison les principes de base de la présente invention.
Une forme préférée de réalisation du dispositif suivant cette invention est illustrée dans le dessin ci-joint dans lequel.
- la figure 1 est une section transversale verticale suivant la ligne I-I de la figure;2; - la figure 2 est une vue en plan, partiellement coupée.
La forme de réalisation représentée concerne les métro- politaine dans lesquels le rail est de préférence placé sur une dalle continue on ciment, Sur cette dalle est posée une plaque rectangulaire 11 en acier dont les borda font saillie vers le haut en 11a et 11 b aux extrémités intérieures et extérieures respectivement, et pour cela la plaque 11 a un profil en forme de canal aplati. Cette plaque sera par la suite appelée "plaque do base".
Sur le bout de la plaque de base 11 est placée une semel- le en caoutchouc 14 également de forme rectangulaire.
Les extrémités de cette semelle se trouvent à une certai- ne distance des bords 11 et , 11 b, de la plaque de base 11, afin de laisser la place pour deux marches d'arrêt 15, a et 15 b, for- mant une seule pièce avec les bords et s'étendant le long de ceux-ci.
Sur la semelle en caoutchouc 14 est superposée une plaque d'appui 15 en acier. Sur la surface supérieure de celle-ci est posé le rail 17, qui est fixé rigidement sur la plaque d'appui 16 par des boulons 18 et les plaques de fixation 19, déjà connues et placées sur les cotés du rail 17. Comme on peut voir à la fi- gure 1, la plaque d'appui 16 est partiellement logée dans la pla- que do base 11, dont les bords 11 a, 11 b, constituent pour la plaque 16 des arrêta latéraux empêchant les déplacements horizon- taux en direction transversale du rail 17, à l'exception d'un petit jeu latéral suffisant pour permettre à la plaque d'appui 16 de descendre et d'entrer dans le canal de la plaque de base 11, noua le poids des véhicules de passage.
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L'enfoncement maximum de ce déplacement est limité par
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les marches d'arrêt 2 ,. 15 fy de façon 4 éviter des affaisse- ments excessifs de la semelle de caoutchouc.
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Aux quatre coins des plaques 119 L6# sont fores des trous passants 20, respectivement 21, pour la fixation des bou- lons 22 faisant partie des deux tirofonda expansibles d'ancrage.
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Chacun de ces boulons présente une t8te ronde 22 a, uno extrémi- té filetée 22 b et un écrou 22 co La t8te 22 a est placée au fond du trou cylindrique 40 dans la dalle je et a un diamètre légèrement supérieur à celui de la tôteo La paroi cylindrique du trou 40 est de préférence munie d'une gaine tubulaire en
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acier 41, rigidement scellée dans la dalle lu lova de sa coulé ,
son ancrage rigide étant assuré soit en courbant sous forme de cloche l'extrémité inférieure !La. soit en formant sur la sur- face extérieure de la gaine des dentelures ou autres moyens de fixation au ciment du socle. Au fond du trou 40 est prévue une
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cavité en forme de prisme carré 4ti &, dans laquelle coulisse un prolongement prismatique carre 22 Jl de la tête 22 a du boulon 22, De cette façon, d'ailleurs connue, on empêche le boulon 22 de tourner dans le trou 40 lorsqu'on visse ou dévisse l'écrou 22 et
Sur la tige du boulon 22, sont enfilés un manchon cylin-
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drique en caoutchouc 42 et un annoau d'arrêt 4 en matériau ri- gide par exemple en acier.
Les diamètres nominaux du manchon 42 et du collier 4J5 sont légèrement inférieure ceux du trou 4U et le manchon 42 est axialement compris entre la tête z du bou- ;p '1 (tI'n il' r ri: t Ion 22 et le collier d'arrêt :f2:appu,ß/ïaIa:lement contre la sur- face inférieure de la plaque de base 11.
On comprend dès à pré- sent qu'en vissant le boulon 22, le manchon de caoutchouc 42 sera comprimé axialement entre la tête 22 a du boulon et le col- lier 43, subira une expansion radiale et sera ainsi bloqué dans le trou 40, d'une façon caractéristique des tirefonds expansibles.
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chacun des trous 21 de joz pinque d'appui 16 débouche
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entre une paire de nervures longitudinales 2, Ut qui sont nor- ataleaent employées commo arrêts pour les plaques de fixation là8z* 1<.intt'e ces nervures ot l'êcrou 2 cf du boulon 2g est place un groupe de tampons comprenant une paire de rondelles métalliques rigides bzz., 2±, servant entre elles un anneau torique 26 de osa- outchouo les éléments 24, 2, 2, étant coaxiaux avec le boulon il.
La rondelle inférieure 24 et l'anneau en caoutchouc 26 sont traversés en direction axiale par un manchon distancer 22, en acier et enfilés sur la tige du boulon 22,Les diamètres de 1'
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écrou 2U, 21,, dans les plaques 11, 16, sont plus grands que ceux des éléments qui les traversent, de telle façon qu'à la mise en place des rails, les plaques 11 et 16 peuvent être facilement ajustées dans une position relative entre elles et vis-à-vis de
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la dalle 10 et du rail 11. Compte tenu du diamètre du trou 2U dans la plaque de base 11, le manchon ±2, appuie contre cotte plaque par l'intermédiaire d'un collier rigide 28 de diamètre extérieur adéquat.
La figure 1 représente le dispositif suivant l'invention dans les conditions de fonctionnement pour lesquelles l'écrou 22 c est fixé et produit d'un côte le blocage du tirefond ex- pansible dans le trou 40 et, de l'autre coté, une précontrainte en direction verticale de la semelle en caoutchouc 14 et de l' anneau torique en caoutchouc 26.
On remarque dans la figure 1 que le degré de précontraint
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te de la semelle 14 et de l'anneau 6 dépend essentiellement de la longueur du manchon 2J2f quand l'écrou 22 c a été vissé de façon que le manchon distanceur se trouva fixé entre la rondelle
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et la plaque de baae 111(par l'interposition du collier 2(s un vissage ultérieur de l'écrou ne provoque plus aucune varia- tion dans la précontrainte de la semelle 14 et de l'anneau tax3..- que 26.
D'ailleurs ce vissage ultérieur de l'écrou 22 c provoque- une compression subséquente du manchon de caoutchouc 4 dans le tirefond expansible, tant que n'est pas atteint le degré de fixation désiré de ce dernier dans le trou 40. -De cette façon , . '
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on voit que l'effort de fixation du tirel'ond dans le trou 4ci
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et l'effort de précontrainte de la semelle 14 et de l'anneau de caoutchouc 20 sont indépendants entre eux, malgré que ces efforts soient produite par un seul élément de fixation (boulon 22 et écrou 22 c).
Par conséquent la précontrainte de la semelle 14 de l'anneau 26 peut être syntonisée, compte tenu des circonstan- cea, en choisissant convenablement les dimensions de la semelle et de l'anneau, le caoutchouc correspondant employé et la lon- gueur axiale du manchon 27 sans aucune répercussion nuisible à l'ancrage du tirefond dans la dalle 10.
On voit aussi dans la figure 1 que, dans les conditions de fonctionnement représentées, la plaque de base 11 est pressée contre la dalle par la pression de l'écrou 22 c, transmise à. la plaque de base par la rondelle 25, le manchon 27 et le collier 28. Par contre, la plaque d'appui 16 se trouve flottante verti-. caloment dans le canal de base 11 entre la semelle de caoutchouc 14 et les quatre anneaux en caoutchouc 26 associés avec les quatre tirefonds. comme dit dans la préface de cette description, lorsque le véhicule ferroviaire s'approche, le rail 17 reçoit à l'avance des légères vibrations situées dans le plan longitudinal verti- cal et qui se transforment progressivement en de véritables se- cousses verticales.
Aussi bien les vibrations que les secousscs sont amorties par la semelle 14 et par les anneaux 26 en caout- chouc; ainsi elles ne se transmettent pas de façon appréciable à la fondation 10 et ne donnent pas lieu à des chocs entre les parties rigides. En outre, la transmission au boulon 22 est freinée par l'anneau 26 et pour cela, le boulon n'est pas sujet à des chocs violents mais à des sollicitations progressivement variables; ces sollicitations, étant donné leur progressivité, ne se transmettent pas de façon dangereuse à l'ancrage du bou- lon (donc au tirefond) de la dalle 10, d'autant plus que, comme on l'a vu ci-dessus, cet ancrage peut être serré au maximum,,,,9 possible.
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Des phénomènes semblables ont lieu au passage dos roues du véhicule sur la zone d'ancrage susdite, sauf que l'amplitude des secousses est plus forte. On doit tenir surtout compte de cotte amplitude pour proportionner l'épaisseur de la semelle en caoutchouc, ses dimensions par rapport à la largeur du canal dans la plaque de base 11 et la longueur du manchon 27, en s'en réfé- rant généralement à la charge moyenne 4 prévoir.
Il est très im- portant que sous cette charge moyenne la semelle. en caoutchouc 14 remplisse entièrement l'espace transversal entre les deux gradins d'arrêt 15 a, 15b, sans que la plaque d'appui 16 arrive à toucher ces dernières. De cette façon, une compression verti- cale ultérieure de la semelle en caoutchouc devient difficile et exige une grande augmentation de la charge! c'est pourquoi, sous une charge maximum prévue (par exemple le poids de la locomotive du train), la plaque d'appui 16 est arrêtée sur les gradins 15 a 15 b, pratiquement sans choc important.
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