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Technologie High Speed Grinding

Prévention des défauts des rails sans perturbation des horaires

Les forces de contact de la roue en mouvement forment une fine couche de martensite sur la surface de roulement. Cette couche durcie par écrouissage présente une épaisseur d’environ 0,1 mm et est susceptible de causer des dommages dus à la fatigue par contact de roulement. En raison des vitesses élevées et des charges par essieu importantes, les microfissures superficielles initiales se développent de manière exponentielle, en particulier sur les lignes à grande vitesse, et finissent par former des fissures appelées « head checks » et « squats ». À ce stade, il s’agit de défauts de rail importants qui s’étendent au matériau de base intact et ne peuvent être éliminés qu’au moyen d’un enlèvement important de matière, par exemple par fraisage. 

Pour une maintenance préventive dès le stade initial du développement des défauts, Vossloh a complètement repensé le meulage mobile des rails. Le High Speed Grinding (HSG) ou meulage à grande vitesse est le premier procédé au monde qui, grâce à sa vitesse de travail élevée pouvant atteindre 80 km/h, est parfaitement adapté pour : 

 

  • augmenter la capacité du réseau : en effet, à la vitesse des trains de marchandises, il est pour la première fois possible d’effectuer une maintenance préventive des rails sans perturber les sillons horaires, ce qui permet d’éviter toute interruption de la circulation ; 

  • exploiter au maximum la durée de vie des rails : avec un cycle de prévention bien coordonné, le meulage à grande vitesse n’enlève que la couche externe affectée d’un point de vue métallurgique ; la matière « saine » en dessous reste intacte et n’est pas endommagée thermiquement ; 

  • maintenir les émissions sonores à un niveau bas : le résultat du meulage sans facettes permet d’obtenir une rugosité acoustique des rails (Ra) inférieure à 10 μm, ce qui améliore encore le confort de roulage. 

 

Cet avantage logistique se traduit également par une sécurité d’exploitation et une disponibilité des voies accrues, et va de pair avec des coûts de maintenance limités et prévisibles à long terme. 

Impacts significatifs sur le plan sonore

Deux autres caractéristiques de la technologie HSG sont particulièrement intéressantes dans le transport urbain : la combinaison d’un bloc de meulage rigide et de meules périphériques non motorisées, inclinées par rapport au sens de la marche, permet d’améliorer en continu l’ondulation longitudinale et de lutter ainsi contre le problème de l’usure ondulatoire, source d’émissions sonores. En effet, contrairement aux procédés conventionnels, les meules HSG ne sont pas entraînées par leur propre moteur. Au contraire, grâce à l’inclinaison de l’axe des meules par rapport à l’axe longitudinal du rail, les meules périphériques commencent à tourner de manière autonome (entraînement passif). Grâce à un enlèvement de matière continu, régulier et contrôlé de 0,1 mm en plusieurs passes, les meules n’éliminent pas seulement la surface détériorée. La ligne de contact le long du rail permet de rectifier les défauts ondulatoires et les empreintes de patinage à un stade initial. L’« usure artificielle », réalisée plus fréquemment mais de façon ciblée, permet de préserver la réserve d’usure et de prolonger ainsi la durée de vie des rails. À long terme, cela se traduit par une réduction des coûts du cycle de vie. 

Autres domaines d’application

 

Meulage des rails neufs : le meulage de la pellicule de laminage/première couche permet d’éliminer les défauts des rails sur site et constitue le point de départ idéal pour la prévention. À long terme, cela se traduit par des économies considérables de temps et d’argent. 

 

  • Enlèvement de 0,2 mm lors du meulage grossier 
  • Faible rugosité (Ra < 6-10 µm) pour la prévention d’apparition de squats en série avec des meules fines 

 

 

 

L’intensité et la force de meulage sont déterminées par la vitesse de l’unité de traction et la pression de meulage. L’enlèvement peut être facilement augmenté par mise à l’échelle (plus de puissance de traction ou de meules). Au cours du processus de meulage, la surface périphérique des meules cylindriques est concave afin de pouvoir traiter le champignon bombé (convexe) du rail. Les zones dans lesquelles un enlèvement de matière doit être effectué sont déterminées par le réglage des blocs de meulage. 

Meulage en vue de réduire les émissions sonores 

Grâce au résultat du meulage sans facettes, on constate après le traitement des rails une réduction du bruit et un confort de roulage amélioré pour les passagers. 

Depuis 2011, le train de meulage HSG est homologué pour l’entretien des voies faisant l’objet d’un contrôle spécial (« BüG-Erhaltung ») et constitue ainsi une alternative économique au meulage des rails avec des pierres abrasives en vue de réduire les émissions sonores. Les exigences de la norme EN ISO 3095 sont ainsi respectées. 

Élimination de la pellicule grasse

Les feuilles mortes et la pollution atmosphérique, ou encore une sécheresse prolongée, favorisent la formation d’une pellicule grasse sur les rails en cas de pluie. Le meulage de cette pellicule grasse améliore l’adhérence roue-rail et augmente la conductivité électrique. 

 

  • Amélioration du contrôle des aiguillages 
  • Réduction des émissions sonores
  • Amélioration de la traction

 

Meulage dans les tunnels 

Lors des interventions dans le tunnel de base du Saint-Gothard en octobre 2016, six passes de meulage ont été effectuées, chacune sur une distance de 61 km (366 km au total). À la demande du client, trois équipes ont été mobilisées lors de la deuxième intervention en mai 2017, avec un total de douze passes (environ 240 km de meulage par équipe).

Défis : 

 

  • Températures pouvant atteindre 37 °C et pente maximale de 7 ‰ (malgré une construction à voie plate) 

  • Alors que les machines d’entretien des voies thermiques doivent parfois sortir du tunnel pour refroidir ou réduire leur puissance après un certain temps de fonctionnement, le train de meulage HSG a pu traiter sans interruption le tronçon de tunnel d’environ 57 km plus 4 km sur la nouvelle ligne ouverte dans les deux sens. 

  • Un matériau composite renforcé aux minéraux est utilisé pour l’aspiration des poussières des machines HSG. Ce matériau breveté répond à toutes les exigences nécessaires au bon fonctionnement et à la sécurité de l’exploitation ferroviaire en termes de résistance à la température, à l’usure, aux dommages, etc. Comme il n’est pas métallique, le système d’aspiration de poussière n’affecte aucun des dispositifs de commutation installés sur le rail ou au milieu de la voie. Contrairement aux procédés de meulage conventionnels, le HSG laisse l’espace libre des voies totalement intact. Sans démontage et remontage fastidieux des dispositifs de commutation, la planification est en outre simplifiée et les incidents de service dus à des retards, qui ne peuvent être exclus lors des travaux de montage sur les voies, sont évités. 

 

Meulage par temps se

Possibilité d’emporter des réservoirs d’eau si le gestionnaire craint la formation d’étincelles. Grâce au concept d’aspersion d’eau, le HSG-2 peut également meuler avec un niveau de protection incendie 4. Si nécessaire, un système flexible est installé pour arroser les talus des deux côtés sur une largeur pouvant atteindre 4 m pendant le meulage.  

 

Meulage des aiguillages 

 

  • Depuis 2017, les aiguillages équipés de cœur mobile sans contre-rail sont meulés en Allemagne. 

  • Selon les besoins, la déviation, la lame et le cœur sont traités à l’aide du système Flexis. 

  • Afin de passer en toute sécurité sur certains appareils de voie, le capteur de poussière est légèrement relevé lors du meulage des aiguillages et des passages à niveau. 

 

 

Meulage sans émissions à Shenzhen

Couplées à un engin de traction électrique, trois meuleuses hybrides compactes assurent pour la première fois un meulage sans émissions pour le métro de Shenzhen. En outre, elles peuvent être commandées par un seul opérateur garantissant ainsi :

 

  • une plus grande portée, 

  • un enlèvement de matière trois fois plus important ou 

  • une combinaison de meules grossières et fines afin de réaliser à la fois le meulage d’enlèvement et le meulage de finition en une seule opération. 

 

 

Fonctionnement et performances

Trois passes permettent d’atteindre des rendements horaires allant jusqu’à 100 km sans perturber le fonctionnement normal du réseau ferroviaire. En effet, le volume de métal enlevé avec le procédé HSG est de 260 g par seconde et par rail, soit jusqu’à quatre fois plus qu’avec les procédés conventionnels. 

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