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On a établit des courbes
caractéristiques adhérence/glissement
Régulation
de la pression dans les cylindres de frein
L'équipement
de frein électromagnétique est monté en complément des autres équipements
de frein sur certains engins moteurs et sur certains véhicules aptes aux
grandes vitesses. Il
comprend
essentiellement: - des cylindres d'application qui reçoivent
l'air nécessaire à la mise en contact des patins sur le rail. - des patins électromagnétiques (électro-aimants) qui
créent la force d'application sur le rail.
Ce type de frein s'installe généralement dans le châssis du bogie. Le
patin est normalement suspendu à quelques centimètres au-dessus du rail.
Lorsqu'on veut freiner, on crée une dépression donnée dans la conduite
générale. L'équipement de frein
électromagnétique entre
en action
automatiquement, les 4 cylindres de relevage sont alimentés en air et il
abaissent l'ensemble formé des 2 patins, réunis par des poutres de liaison,
sur les rails. On excite les électro-aimants. Le produit de la force
d'application d'origine électromagnétique, par le coefficient de frottement (m)
des masses polaires sur le rail, provoque des efforts retardateurs importants,
qui sont transmis au bogie par des supports aménagés.
Au cours du freinage, le centrage de l'ensemble des patins sur les rails
est principalement d'origine magnétique. Des poutres de liaison maintiennent l'écartement
des deux patins.
Lors du desserrage, les cylindres de relevage sont mis à l'atmosphère.
Les bobines sont désexcitées simultanément et la force d'attraction magnétique
est annulée. Les ressorts de rappel des cylindres de relevage ramènent alors
le patin en position haute.
Ces freins ont, le plus souvent, été montés sur des véhicules
automoteurs et sont généralement utilisés comme freins d'urgence et non comme
freins de service. Un robinet d'isolement permet, lorsqu'il est fermé, de
neutraliser l'action de l'équipement de frein électromagnétique.
On a souvent reproché à ce système de dégrader la surface des rails
et de donner naissance à des courants susceptibles de perturber la
signalisation. Il semble toutefois que les derniers perfectionnements apportés
à ces types de frein aient permis d'éliminer ces inconvénients. De nos jours
ce type de frein est surtout utilisé sur des voitures ou automotrices dont la
vitesse est supérieure ou égale à 160 km/h, sur les trains de montagne et sur
les tramways.
Toutes les
locomotives comportent un équipement de frein à air. Cependant, dans le cas
des locomotives électriques ou Diesel, on peut utiliser comme moyen de freinage
propre de la locomotive l'effort de retenue créé par les moteurs électriques
fonctionnant en génératrices. L'énergie électrique produite peut être
dissipée: -
soit dans des résistances (celles de démarrage lorsqu'il y en a) :
c'est le frein rhéostatique, applicable aux locomotives Diesel-électriques
et électriques. -
soit dans le caténaire: c'est le frein à récupération,
applicable aux locomotives électriques. Ils
permettent tous deux, de disposer grâce à l'engin moteur d'un effort
retardateur du même ordre que celui qu'il peut exercer en traction. Le frein électrique
constitue une excellente méthode pour freiner les locomotives, permettant de ménager
les roues de celle-ci. Il doit, bien entendu, être combiné avec le frein à
air comprimé agissant sur la rame, pour obtenir l'arrêt sur la distance
voulue. Il est ainsi, en général, commandé en même temps que les autres
freins par le robinet de frein automatique. L'installation comporte des
dispositifs permettant: -
de régler la valeur de l'effort retardateur du frein électrique en
fonction de la dépression effectuée dans la conduite générale. -
de limiter sur l'engin moteur l'effort développé par les autres freins
de manière à limiter l'adhérence sollicitée. -
De rétablir la pleine efficacité des autres freins de l'engin moteur en
cas de défaillance du frein électrique. Ce frein peut
également être mis en œuvre indépendamment des autres freins par manœuvre
du manipulateur de traction. Etant dès lors graduable, il sera utilisé pour
maintenir des vitesses constantes lors de descentes des longues pentes. Le
freinage de la locomotive ainsi réalisé
permet de retenir des rames importantes.. Ce frein est
rarement considéré comme frein de sécurité, les locomotives doivent, de
toute façon, posséder un équipement de frein pneumatique de puissance
suffisante. Cela est dû au fait qu'on observe parfois des ratés du déclenchement
de frein électrique, ce qui n'offre bien entendu aucun danger pour
l'exploitation, le frein pneumatique, toujours disponible, étant alors mis en
action presque instantanément (voir automatiquement). L'utilisation
combinée du frein électrique et des autres freins permet de conférer à
l'engin moteur une efficacité de freinage qu'il ne serait pas possible
d'atteindre par les seuls freins à frottement, compte tenu de certains impératifs
de construction: masse élevée de l'engin … Exemples de courbes EFFORT -
VITESSE:
Ces freins
ont été découverts suite à une recherche lancée dans le but de développer
un nouveau type de frein, indépendant de l'adhérence. En effet pour atteindre
les nouvelles performances technologiques dans le domaine de la vitesse, et ce
avec un coût d'exploitation économique, il a fallu disposer sur la rame d'un
freinage dynamique puissant: les limites physiques de l'adhérence roue-rail
sollicitable étant dépassées, l'utilisation d'un frein indépendant de
celle-ci devenait nécessaire.
Basés sur ce principe électromagnétique, deux types de
freins ont été développés: Ce type de
frein rotatif comprend des dispositifs engendrant un effort retardateur par voie
électrique, en créant de courants de Foucault dans une masse métallique
tournant dans un champ magnétique. Il existe des
systèmes de freins rotatifs du genre "ralentisseur". Ce type
de frein comporte un rotor disposé sur l'arbre à freiner et constitué de deux
disques auto ventilés placés de part et d'autre d'un stator avec un entrefer
de quelques millimètres. Malheureusement les difficultés et les complications
de montage ainsi que l'encombrement ont fait renoncer à l'utilisation d'un tel
appareillage. On peut
trouver aussi des freins SNEF (Sans Entrefer Ni Frottement) qui sont
essentiellement composés d'un bobinage qui entoure la partie inférieure des
roues des essieux. Lorsque ces bobines sont alimentées par un courant continu,
il apparaît des courants de Foucault générateurs d'effort retardateurs dans
chaque pièce en mouvement placée dans le champ magnétique inducteur. On
retrouve donc ces courants dans les jantes des roues mais aussi dans le rail en
raison du déplacement linéaire du champ. Les courants induits dans le rail
engendrent un effort retardateur complémentaire qui se transmet au véhicule
sans adhérence. Par ailleurs, l'attraction magnétique roue-rail renforce la
charge de l'essieu au moment du freinage, ce qui est bénéfique au plan de
l'adhérence. En revanche, l'alimentation de ce frein nécessite plusieurs
centaines d'ampères.
Ce frein date des années 70, il comporte deux patins par bogie, placés
à quelques millimètres au-dessus des deux files de rails, entre les roues des
deux essieux du bogie. Chaque patin est alimenté en courant continu et
fonctionne en utilisant le rail comme un induit.
Le principe de ce matériel s'apparente à celui du patin électromagnétique:
dans les deux cas, il s'agit de magnétiser, par une source de courant continu,
des pôles magnétiques en fer doux, bobinés. Dans le cas du frein de Foucault,
le patin, abaissé par des vérins pneumatiques, est maintenu à quelques millimètres
au-dessus du rail, l'espace entre les deux constituant l'entrefer.
On
obtient ainsi par un bobinage approprié, une succession de pôles nord et sud:
l'inducteur est le patin porté par le véhicule, l'induit est le rail, magnétique
et conducteur qui assure le retour du flux. Chaque
pôle du patin envoie un champ magnétique dans le rail. Par suite du déplacement
de l'engin, chaque surface élémentaire du champignon du rail subit une
variation d'induction et devient par suite te siège d'une force électromotrice
induite, laquelle va donner naissance à un courant de Foucault dans le rail de
façon à créer un nouveau champ qui va s'opposer au champ inducteur initial.
Chaque élément de rail sera soumis à une force longitudinale
proportionnelle à l'induction globale et au courant précité induit dans le
rail. Le patin subira une force de même valeur en sens inverse qui freinera le
véhicule.
1.9.
Autres systèmes de freinage
1.9.1.
L'équipement de frein électromagnétique
[38],[14]
L'adhérence des roues sur le rail constitue une des limites imposées à
l'accroissement des performances de freinage. Or il existe un moyen d'améliorer
ces performances en faisant appel à des freins indépendants de l'adhérence
roue-rail, agissant sur le rail lui-même. Un exemple type de ces systèmes est
le frein électromagnétique, utilisant un patin frottant sur le rail, sur
lequel il est appliqué avec force par des électro-aimants. 
width="555"
height="417"1.10.
Le frein électrique [8],[2]
1.11.
Le frein à courant de Foucault
1.11.1.Le principe de l'induction
[8],[16]
Selon la loi de l'induction, un champ magnétique variable dans le temps
produit dans un conducteur des forces électromotrices et donc des courants électriques.
Ces derniers forment des lignes de courants fermées, en tourbillon, appelées
"courants de Foucault". Un frein à courant de Foucault est constitué
d'une suite alternée de pôle Nord et sud faisant face à un induit. Si l'on déplace
les pôles par rapport à l'induit (ou inversement), le champ magnétique
variable en un point de l'induit y produit ces courants. Le champ électromagnétique
induit s'oppose à la variation du champ inducteur, donc au mouvement qui a
entraîné cette variation. Une force s'opposant au mouvement apparaît:
l'effort de retenue. L'énergie de freinage correspondante est ensuite
dissipée par effet joule sous forme de chaleur. A l'arrêt, les lignes de flux
inducteur sont symétriques à l'axe du circuit magnétique: l'effort
d'attraction A est alors dirigé verticalement. Pendant la marche se crée
une déformation de l'effort A dans le sens inverse du déplacement générant
un effort horizontal: l'effort de retenue B.1.11.2.Frein rotatif à courants de Foucault
[8]
1.11.3.Frein linéaire à courants de Foucault
[8],[13]
