1.  ETAT ACTUEL DE LA TECHNOLOGIE : LA MISE EN ŒUVRE DU FREINAGE

1.1.                   Freinage sur roue par sabot ou semelle 

1.1.1.     Généralités

Le frein à frottement sur roues est assez ancien, mais c'est encore le plus utilisé à l'heure actuelle, principalement sur les wagons. Il utilise des sabots monoblocs ou des semelles amovibles montées sur porte-semelles qui viennent frotter sur le chemin de la roue.

De très nombreuses matières de frottement ont été essayées pour confectionner les sabots qui ont a frotter sur la roue, elle-même constituée d'un acier dont le choix est pratiquement indépendant du problème du freinage.

En raison des caractéristiques de frottement de la fonte, celle-ci a depuis longtemps été retenue pour cette application particulière.

D'autres part, un concurrent de la fonte est apparu il y a une trentaine d'année à la SNCF: le matériau composite. Aujourd'hui, trois types de matériaux se font face: la fonte, le composite et le fritté.

1.1.2.     La semelle ou le sabot de frein

            La semelle ou le sabot de frein sert à créer l'effort de freinage par frottement sur la table de roulement de la roue.

            Divers types de semelles ou de sabots de frein sont utilisés sur les engins moteurs et les véhicules. Ils différent par leur forme et par leur composition. Le nombre de semelles ou de sabots de frein par roue est variable.

            La  semelle  de  frein  s'adapte  sur  un  support  appelé  "porte-­semelle".  Elle est  fixée à celui-ci par l'intermédiaire d'une clavette (figure 1A). Le sabot de frein est du type "monobloc" (figure 1B).

            La semelle ou le sabot de frein comporte généralement un repère d'usure en creux ou en relief,  servant à délimiter l'épaisseur minimale à accepter pour leur maintien en service (figures 1A & B).

Le  porte-semelle   ou  le   sabot  de   frein  est  monté  par l'intermédiaire  d'un  axe  sur  une  biellette  articulée  sur  le châssis de bogie ou le châssis de caisse (figure 2).

1.1.2.1.      Sabots en fonte

La fonte est un matériau de frottement très peu coûteux, facile à élaborer et à mettre en forme, et dont l'influence sur l'acier des roues est peu nocive.

Toutefois son usure est assez forte et ses caractéristiques de frottement ne sont pas entièrement satisfaisantes. En effet son coefficient de frottement est assez bas (de l’ordre de 0.1) et varie fortement en fonction de la vitesse, d’une part, et de la pression d’application, d’autre part.

Par contre ce coefficient de frottement n’est pratiquement pas influencé par la présence d’eau ce qui permet d’avoir une bonne constance des performances de freinage quelles que soient les conditions atmosphériques.

La fonte initialement utilisée à la SNCF était le P14 (1.4% de phosphore). Cette nuance présente une usure moins importante et un coefficient de frottement plus élevé que la fonte classique mais aussi une certaine fragilité.

Les semelles en fonte P10 s’usant rapidement, en particulier sur les matériels de banlieue pour lesquels les arrêts sont fréquents, certains réseaux utilisent des semelles en fonte P30 qui s’usent deux fois moins vite que les P10. Mais le phosphore augmente la fragilité de la fonte, aussi la solidité mécanique de la semelle a été obtenue en noyant dans la fonte une armature spéciale en métal.

1.1.2.2.      Semelles composites

La recherche, pour les semelles de frein, d’un matériau autre que la fonte a eu essentiellement pour origine la nécessité de pallier l’insuffisance de ses caractéristiques de frottement.

On a donc cherché à élaborer, il y a une cinquantaine d’années déjà, un matériau offrant un coefficient de frottement plus élevé et indépendant de la vitesse.

Ces semelles appelées aussi organiques, sont fabriquées à partir de mélanges assez voisins de ceux utilisés pour la confection de frein automobile.

Elles sont constituées de matières organiques (5-50%) et de matières minérales (50-95%). Ces constituants sont:

- un liant (résine ou élastomère)

- du fer et des oxydes de fer

- du silicium et de la silice

- des oxydes d’aluminium

- du sulfate de baryum

- du zinc et des oxydes de zinc

- des oxydes de magnésium

L’élaboration de ces semelles se fait par mise en forme (moulage sous presse) et cuisson.

On distingue deux catégories de semelles composites:

- les semelles à haut coefficient de frottement dites « semelles K » (µ=0.25)

- les semelles à bas coefficient de frottement dites « semelles L » (µ=0.17)

1.1.2.3.      Semelles frittées

Les semelles frittées ont essentiellement été créées pour pallier la baisse de coefficient de frottement sous humidité des semelles composites. Le coefficient de frottement est le même que celui des semelles composites mais il est pratiquement indépendant des conditions atmosphériques.

Ces matériaux frittés sont constitués de poudres métalliques, essentiellement du cuivre ou du fer et comportent des éléments d’addition tels que les carbures qui permettent d’ajuster le coefficient de frottement du graphite, des silicates, du molybdène, de l’étain et du nickel. Le produit est élaboré par mise en forme (moulage sous presse), frittage (micro fusion) et forgeage. Les matériaux frittés à base de bronze présentent une meilleure constance dans le coefficient de frottement mais confèrent une adhérence moins bonne que les matériaux frittés à base de fer.

1.1.2.4.      Comparaison des semelles

Distance d'arrêt d'une locomotive diesel BB67400 ayant une vitesse initiale de 30km/h

La durée de vie des semelles frittées est toujours supérieure à celle des semelles composites mais par contre la durée de vie des roues freinées avec des semelles frittées est légèrement inférieure à celle des roues freinées avec des semelles composites.

Exemple d'une locomotive CC6500 apte à 200km/h

Prix moyen des semelles au 01/03/1990

Un autre avantage du matériau fritté est la tenue en température  qui dépasse largement les températures admissibles par les matériaux composites, et ce tout en conservant un coefficient de frottement satisfaisant: les semelles frittées sont donc aptes à accepter des freinages à haute énergie (en vitesse ou en freinage de maintien).

1.2.                   Le frein à disque 

            Le freinage sur roues présente l'inconvénient d'ajouter à la fatigue mécanique due au roulement, la fatigue thermique due au freinage. Par ailleurs, le freinage avec semelles en fonte conduit à des dépôts cycliques sur les roues et les facettes qui en résultent rendent le roulement bruyant.

            On a donc souhaité effectuer le frottement sur un tout autre organe  que la roue, en l'occurrence le disque, qui est utilisé à grande échelle depuis de nombreuses années.

            Le frein à disque est généralement monté en complément du frein à sabots sur certains engins moteurs et sur certains véhicules. Il est généralement commandé par le même distributeur que le frein à sabots.

            Il comprend essentiellement:

- un bloc de freinage,

- un (ou plusieurs) disque solidaire de l'essieu ou de la roue,

- des patins en matière composite.

            Sous l'action du bloc de freinage sollicité par le distributeur, les patins  sont appliqués  sur le  (ou les)  disque pour  créer l'effort de freinage.

Il existe trois grands types de freins à disque:

1.2.1.     Les freins à disques montés sur la roue  [40]

width="155" height="310"            Ces disques sont destinés typiquement aux bogies moteurs d'automotrices et aux bogies de locomotives, quand le moteur et le réducteur ne permettent pas l'installation de disques calés sur l'essieu. Ces disques seront conçus pour avoir la même durée de vie que la roue sur laquelle ils sont montés.

            Les disques sont fixés directement sur les deux faces de la roue. Ils se situent sur les côtés de la roue dans la zone comprise entre le moyeu, le bandage et le voile de la roue. La liaison entre la couronne de frottement et l'organe de fixation est conçue pour permettre l'expansion libre de la couronne quand celle-ci s'échauffe.

            Les matériaux de ces disques doivent procurer une bonne résistance à l'usure. La plupart des couronnes de frottement des disques ventilés est réalisée en fonte à graphite lamellaire (FGL). Quand les disques sont soumis à des contraintes particulièrement élevées, c'est l'acier qui est utilisé.

                Les freins à disque montés sur la roue permettent d'éviter les charges thermiques élevées sur les roues ou sur les bandages de roue. Comparées aux semelles de frein, les garnitures et les couronnes de frottement des freins à disque procurent une bien meilleure durée de vie, ce qui réduit les coûts de maintenance.

            L'utilisation des garnitures maintient sur la couronne de frottement une sur­face propre, dépourvue de points chauds, pendant la durée de vie du disque.

            Ces freins à disque délivrent un coefficient de frottement uniforme entre couronne de frottement et garnitures de freinage, et réduisent les distances d'arrêt. La décélération du train est donc contrôlée de façon plus régulière.

1.2.2.     Les freins à disques calés sur essieu  [41]

            Ces freins à disques pour véhicules ferroviaires comportent plusieurs disques width="384" height="269"calés sur chaque essieu. Les disques, creux, sont munis d'ailettes créant une circulation d'air du moyeu vers la périphérie, afin d'assurer un refroidissement énergique. Ils sont utilisés quand il existe suffisam­ment de place entre les roues sur un même essieu, comme par exemple sur les bogies porteurs. Il peut être monté jusqu'à quatre disques sur un essieu, en fonction de la masse du véhicule, du nombre d'essieux de ce véhicule, de la vitesse maximale, et du taux de décélération du véhicule.

1.2.3.     Les freins à disques flasqués  [40]

            Les freins à disque flasqués sont fixés par vis sur le moyeu de la roue (à l'intérieur ou à l'extérieur de celle-ci) ou sur un moyeu séparé calé sous pression. Ils peuvent être entraînés à une vitesse supérieure à celle de la roue, par exemple dans les montages sur l'arbre situé entre le moteur et le réducteur d'un bogie moteur.

1.2.4.     Les matériaux de freinage  [8]

Le freinage dit "classique" est réalisé à l'aide de disque en fonte et avec garnitures organiques. Mais on peut aussi trouver de nombreuses variations:

1.2.4.1.      La conception des garnitures 

Le matériau composite utilisé pour les garnitures est élaboré et constitué (le cuivre en plus) de la même façon que les semelles composites. Eu égard à la température élevée du disque, le recours au matériau fritté s'imposait pour les garnitures. Cependant, la mise au point d'une garniture à haute énergie constitue une opération laborieuse car elle implique de trouver une disposition qui remplisse les deux conditions suivantes, souvent incompatibles:

-         assurer une bonne portée de la garniture sur le disque,

-         conduire à des pertes d'efficacité très faibles lors de l'épreuve d'arrosage simulant la présence de neige.

La garniture la plus appropriée, retenue est ainsi constituée de plots cylindriques fixés par soudage ou brasage sur la tôle support. Même si les teneurs en cuivre et en fer peuvent varier sensiblement, on obtient un coefficient de frottement de 0.35 environ comme pour les garnitures organiques.

1.2.4.2.      Caractéristiques et composition des disques  [18]

            La fonte et l'acier des disques ont généralement la composition et les caractéristiques suivantes:

-         Fonte:

            Il s'agit de fonte grise à graphite lamellaire et structure perlitique. Une partie seulement du carbone est combinée au fer (environ 30%), le reste se trouvant sous forme de lamelles de graphite. Cette fonte présente une bonne conductivité thermique, une bonne résistance mécanique et une faible usure, mais par contre aucune ductilité.

-         Aciers:

            Ce sont des aciers forgés, utilisés à l'état normalisé ou traités thermiquement (trempé et revenu) de nuance: XC38, XC48, CC45, AF 60, …

            Leurs principales qualités sont une grande ductilité et une bonne résistance mécanique.

  Propriétés

 mécaniques

            Les freins à disques présentent certains avantages. Ils permettent d'éliminer les dégradations causées sur les roues par les freins à sabots. Ils sont silencieux et, par là même, améliorent le confort. L'utilisation générale des matières à coefficient de frottement constant avec ce type de frein est rationnelle, la surface de frottement des disques prenant un beau poli et usant peu les garnitures.

            Cependant, si l'on cherche à réaliser des puissances de freinage supérieures à celles obtenues avec le frein classique à un étage d'effort aux sabots, on constate de fréquents enrayages. Tout se passe comme Si l'on utilisait mains bien l'adhérence avec le frein à disques qu'avec le frein à sabots. On peut trouver une explication à ce comportement dans le fait que les bandages ne sont pas énergiquement nettoyés par le sabot dès le début du freinage. Aussi est-il presque indispensable de compléter les équipements de freins à disques par des dispositifs anti-enrayeurs.

                Le frein à disques a connu, depuis quelques années, un développement important aux Etats-Unis, sur le matériel pour voyageurs.

1.3.                   La timonerie [9],[37],[28]

La timonerie de frein comprend un ensemble de leviers, barres ou bielles de  timonerie de  frein pour transmettre aux semelles ou aux sabots de frein l'effort fourni par le cylindre de frein. Lorsque le cylindre de frein n'est pas alimenté, un ressort de rappel de timonerie de frein ramène la timonerie de frein, dans sa position initiale. Pour certains véhicules, la timonerie de frein est ramenée dans sa position initiale uniquement par un ressort de rappel se trouvant dans le cylindre de frein.

            Le dispositif le plus répandu comprend un cylindre à air comprimé et la "timonerie" classique. Cette dernière se compose généralement des balanciers principaux encadrant le cylindre de frein et des timoneries d'essieux et de bogies.

            Cette figure donne le schéma d'un équipement de wagon à deux essieux. Signalons la présence presque générale de deux amplifications "tare", "chargé" que l'on peut choisir par la manœuvre de la boîte vide-chargé et la présence d'un régleur de timonerie, qui assure un jeu constant aux sabots.

            Cette figure 2 donne le schéma de la timonerie d'une voiture ou d'un wagon à bogies. Elle est voisine de la précédente.

            Au cours des freinages,  l'usure des semelles ou des sabots de frein influe sur l'efficacité et la rapidité du freinage. Pour limiter cet inconvénient,  les timoneries de frein comportent un dispositif de réglage dont le rôle est de rattraper le jeu créé par l'usure des semelles ou des sabots de frein. Ce dispositif de réglage peut être soit manuel, dans ce cas il est réalisé par un ensemble d'écrous de réglage, soit automatique, dans ce cas,  il est réalisé par un régleur.

1.3.1.     Régleur de timonerie

width="408" height="265"            Ces appareils qui sont pratiquement indispensables dans le cas de deux rapports de freinage tare et charge, assurent la constance de la puissance de freinage (pression constante au cylindre de frein).

            Ces régleurs fonctionnent selon divers principes mécaniques et sont maintenant à double effet, c'est-à-dire qu'ils sont susceptibles de corriger aussi bien une course trop courte qu'une course trop longue. Ils tendent à être à "rattrapage rapide" c'est à dire qu'ils peuvent corriger en une seule action une différence importante qui apparaîtrait dans les jeux aux sabots.

            Ces appareils se comportent comme une bielle rigide lorsque les jeux entre semelles et roues sont corrects. Si ces jeux sont trop petits, le premier freinage s'effectue avec une course réduite, mais le mécanisme du régleur a enregistré cette réduction et, au freinage suivant, le régleur s'allonge exactement de la quantité voulue.

            En cas de jeux trop grands, le rattrapage a lieu au cours du premier desserrage. En résumé, les jeux sont, dans les deux cas, réglés à leur valeur normale dès le deuxième freinage.

1.3.2.     Fonctionnement

                La position de l'écrou de réglage 1 sur la partie filetée de la tige 41 détermine la longueur du régleur. Le rôle de l'écrou d'avance 23 est d'amener l'écrou de réglage à sa position correcte sur la tige. Les deux écrous sont commandés par leurs accouplements de telle façon qu'un des écrous est toujours bloqué sur la tige de réglage quand l'autre tourne.

                La cote "A", réglable, correspond aux jeux des semelles corrects qui sont obtenus frein desserré.

                 Si les jeux sont corrects, la butée 44 vient s'appuyer sur le carter 19 au moment où les semelles de frein vien­nent s'appliquer contre les roues, et aucun réglage n'a lieu. Si les jeux sont trop grands, la butée 44 s'appuie contre le carter 19 avant que les semelles ne s'appliquent sur les roues. L'accouple­ment B est libéré et sous l'effet du res­sort 29, l'écrou d'avance 23 se visse sur la tige pour rester en contact avec le carter 19. Au desserrage du frein, l'écrou 23 reste bloqué et le ressort 21 fait tourner l'écrou de réglage 1 sur la tige de réglage, ce qui provoque le raccourcissement du régleur et ramè­ne les jeux aux semelles à leur valeur correcte.

Si les jeux sont trop petits, l'ap­plication des semelles sur les roues s'effectue avant que la butée 44 ne vienne en appui contre le carter 19. L'accouplement C est libéré et sous l'effet du ressort 21, le carter 19 et l'écrou d'avance 23 tournent alors jusqu’à ce que le carter revienne au contact de la butée 44, mémorisant la valeur à restituer. Si les jeux sont réel­lement trop petits, l'allongement du régleur s'effectuera au cours du frei­nage suivant, par l'action du ressort 29 faisant tourner l'écrou 1 jusqu' à ce que la distance normale entre les deux écrous 1 et 23 soit rétablie.

Les avantages d'un tel système sont nombreux. Ils permettent des intervalles de maintenances élargis, des coûts d'exploitation plus bas par économie des frais de main d'œuvre correspondant à la compensation manuelle de l'usure des sabots, nécessitée par les équipements anciens. Avec de tels régleurs de timonerie, le comportement du freinage dans des environnements difficiles (humide, froid,…) est amélioré, ils permet un réglage du jeu en double action rapide et permet d'obtenir le jeu "vrai".

1.4.                   Le cylindre de frein [28],[9]

Le  cylindre  de  frein  (CF)  sert à provoquer l'application des semelles ou des sabots de frein pour créer l'effort de freinage désiré.

Le cylindre de frein est un servomoteur pneumatique simple.

L'envoi  de  l'air  comprimé  sur  la  face  du  piston  commande l'application des semelles ou des sabots de frein sur la roue. Leur action est proportionnelle à la pression de l'air dans le cylindre de frein.

L'étanchéité du piston est assurée par une garniture. Un ressort de rappel permet le retour vers l'arrière du piston lorsque l'air est mis à l'atmosphère.

Sur certaines locomotives les cylindres de frein sont munis d'un index permettant la vérification de la course du piston.

     De nos jours est utilisé des cylindres de frein à régleur incorporé. C'est un ensemble compact surtout utilisé pour la commande du frein à disques. Le régleur qui peut être à simple ou à double action rapide est un régleur de jeu. Il n'ajuste donc pas une course de piston mais maintient constant le jeu désiré entre garnitures et disques. La figure ci-dessous représente le cylindre de frein à régleur qui équipe en particulier la grande majorité des bogies Y 32.

                                       Le fonctionnement du régleur repose sur les bases suivantes:

-    l'écrou de réglage 1 détermine par sa position sur la tige 2 la longueur du régleur en place,

-    la bague d'asservissement 3 solidaire de la tige de réglage 2:

                          ·    est libérée en rotation pour une valeur fixe de l'effort de freinage correspondant à la tension initiale des ressorts 4, 5 et 6,

                          ·   est bloquée en rotation à partir d'une course déterminée "A + J".

Toute variation de jeu entraîne un retard du blocage et une rotation de l'ensemble 2 et 3 qui modifie la longueur de l'appareil.

1.5.                   Le bloc de freinage  [9],[42]

        Le bloc de freinage a pu être déve­loppé avec l'apparition des semelles composites à haut coefficient de frottement. Il engendre l'effort radial relatif à chacun des sabots et permet la suppression de toute la timonerie classique. la trans­mission de l'effort aux divers points étant effectuée par la voie pneumatique (à noter la présence d'un petit régleur de course du sabot incorporé).

L'encombrement des cylindres individuels serait prohibitif avec les semelles en fonte.

            Le bloc de freinage est un bloc compact pneuma­tique avec régleur de jeu aux semelles incorporé de type intégral. Il est en principe destiné à freiner sur les roues des voitures, engins automoteurs et locomotives, mais il peut être également utilisé avec des disques de frein. Sa taille réduite et son poids optimisé le rendent particulièrement apte à être installé dans les bogies où l'espace est limité. Le bloc de freinage peut également être monté pivotant ce qui permet de freiner des deux côtés de la roue, avec l'adjonction d'un porte-semelle monté de l'autre côté de la roue.

            Le bloc de freinage comporte un carter très compact, dans lequel est installé le cylindre de frein pneumatique, le mécanisme d'amplification d'effort à coin et le régleur de jeu aux semelles.

Fonctionnement:

            Le bloc BFC utilise une seule dimension de cylindre de frein pour toutes ses applications. L'amplificateur d'effort est basé sur le principe du coin. Les deux bras en forme de coin placés à l'avant du piston du cylindre sont placés de part et d'autre du mécanisme de régleur de jeu, ce qui rend le bloc extrêmement compact. Les surfaces traitées des coins agissent sur deux roulements spéciaux à haute capacité, provoquant ainsi l'amplification d'effort avec un très bon rendement mécanique. Quand la pression d'air entre dans le cylindre, le piston se déplace vers le bas, les bras en forme de coin situés à l'avant du piston écartent les roulements l'un de l'autre, forçant le roulement avant, solidaire du mécanisme mobile de régleur de jeu, à se déplacer et à transmettre l'effort amplifié à la semelle de frein. En utilisant diverses valeurs d'angle au niveau du coin, la valeur d'amplification peut être choisie pour s'adapter à la valeur d'effort à la semelle requise. L'effort maximum à la semelle peut être réglé entre 13 kN et 50 kN en frein de service.

1.6.                   Le distributeur  [5] [27] [34]

1.6.1.     Description 

Le distributeur est l’un des organes essentiels du système de freinage. C’est l’interface entre le système de commande (CG) et le cylindre de frein.

Il est relié à la conduite générale (CG), au cylindre de frein (CF), au réservoir auxiliaire (RA) et à un réservoir de commande (RC) qui lui est dédié. Son rôle est de permettre, au serrage, le passage de l’air du réservoir auxiliaire dans le cylindre de frein et au desserrage l ‘échappement de l’air du cylindre vers l’atmosphère.

Cette photo montre un distributeur SW4, successeur du C3W. On voit bien le réservoir de commande et le levier de changement de régime VM.

Il est constitué par un équipage mobile commandant un clapet, et dont l’équilibre est régi par trois pressions. Cet équipage mobile comprend une tige creuse solidaire de 2 membranes. La tige creuse est en relation avec l’atmosphère. Lorsqu’elle effectue un mouvement vers le haut, elle vient d’abord porter sur un clapet plat en caoutchouc qui repose par ailleurs sur un siège annulaire, puis soulève le clapet. 

1.6.2.     Fonctionnement 

Le distributeur réalise 3 cycles de fonctionnement :

Alimentation :

L’air de la CG alimente :

q       la chambre D ; la membrane se déforme vers le bas :

·        La tige creuse descend

·        L’air du cylindre de frein s’échappe vers atmosphère en traversant la tige creuse

q       la chambre E et le RC

q       le RA

Serrage :

Quand la pression dans la CG baisse rapidement :

q       Le dispositif de verrouillage isole le réservoir de commande (RC) et la chambre E de la CG.

q       Les 2 membranes élastiques se déforment vers le haut (action de l’air du RC supérieure à celle de la CG) :

q       La tige creuse monte

q       Le clapet est soulevé

q       Le cylindre de frein est mis en communication avec le RA       

Lorsque l’action de l’air de la CG en D et celle du cylindre de frein (CF) dans la chambre B égalisent l’action de l’air du RC dans la chambre E :

q       La tige creuse descend et reste en contact avec le clapet

q       Le clapet repose sur son siège.

La communication entre le RA et le CF est interrompue. Un palier de serrage est réalisé. La CG alimente toujours le RA par l’intermédiaire de la soupape de retenue.

La pression au CF est maximum quand la dépression dans la CG est 1,550 bar.

Desserrage :

Quand la pression dans la CG remonte :

q       Le RC reste verrouillé

q       L’action de l’air la CG en D et celle du CF dans la chambre B deviennent supérieures à l’action de l’air du RC dans la chambre E. La membrane élastique se déforme vers le bas :

·       La tige creuse descend

·       Le clapet reste sur son siège

q       Le CF est mis en communication avec l’atmosphère par la tige creuse. La pression du CF baisse.

Lorsque l’action de l’air de la CG dans la chambre D et celle du cylindre de frein (CF) dans la chambre B égalisent l’action de l’air du RC dans la chambre E :

·        La tige creuse monte et vient en contact avec le clapet

·        Le clapet reste sur son siège.

La communication entre l’atmosphère et le CF est interrompue. Un palier de desserrage est réalisé..

Le dispositif principal, dont le fonctionnement à été décrit précédemment, est assisté par d’autres dispositifs secondaires :

Dispositif de coupure :

La pression du réservoir de commande est égale à la pression de la CG en régime MARCHE (5 bars) et constitue la pression de référence grâce à laquelle la CG provoque la mise en action du frein. C’est pourquoi le dispositif de coupure isole le RC le la CG dés le début du freinage.

Dispositif d’accélération :

Il provoque une dépression locale dans la CG à chaque début de freinage Pour ce faire elle il met cette dernière en communication avec une réserve : la poche accélératrice. Celle ci qui était à la pression atmosphérique soutire une certaine quantité d’air à la CG.

Dispositif de premier temps :

En régime « marchandises », il alimente rapidement le cylindre de frein au début de chaque freinage puis après plus lentement jusqu'au serrage à fond.

Soupape de retenue :

Elle permet la réalimentation du RA pendant la phase de desserrage dés que la pression dans la CG devient supérieure à celle du RA.

Dispositif VM :

Il permet par l’intermédiaire d’un levier de choisir le régime de freinage « voyageurs » ou « marchandises ».

1.6.3.     Le distributeur Westinghouse C3W 

Ce distributeur est en service depuis plus de 25 ans, dans le monde entier, et à été produit à plus de 300 000 exemplaires.

Sur le schéma suivant, on distingue l’équipage principal ainsi que les différents dispositifs secondaires du distributeur C3W :

Caractéristiques du distributeur C3W :

1.7.                                   Adhérence en freinage [21] [24] [11]

Il est plus facile de produire l’effort de freinage que de le transmettre au rail. Avec les vitesses actuelles et les puissances de freinage exigées, il faut que l’effort retardateur soit savamment dosé en fonction de l’adhérence disponible.

1.7.1.     Définition de l’adhérence [21] [24] [11]

En simplifiant, on peut représenter le freinage d’une roue par ce schéma :

Il reste valable pour tous les types de freinage : semelles, disques, électrique.

Pour une roue  en mouvement à vitesse de rotation constante l’effort de freinage F, ramené à la jante, est égal à l’effort d’adhérence R réalisé dans le contact roue-rail.

La théorie de l’adhérence nous apprend que l’effort R ne peut pas dépasser une certaine limite R_max. Quand le terme adhérence sera mentionné, on se référera uniquement à cette valeur. A cette valeur  R_max correspond l’effort de freinage maximal  F_max  qu’il est possible d ‘exercer sur l’essieu sans que la roue ne glisse.

Si on  désigne par P la charge dynamique de l’essieu et par Re la réaction du rail sur l’essieu, l’adhérence t a pour expression :

L’adhérence entre la roue et le rail est comprise entre 0,02 (feuilles mortes) à 0,11.

Cette adhérence t dépend d’une variable n qui est le glissement relatif de la roue par rapport au rail et qui est défini par la relation :

        Vitesse du véhicule – vitesse de la roue                     vitesse absolue de glissement                           W        

n = ------------------------------------------------  =  ------------------------------------------- = ---------

                       vitesse du véhicule                                            vitesse du véhicule                                 V_T

Avec W = V_T – V      (V : vitesse de circonférence des roues)