Chapitre 2 Description technique du système de freinage et de sa commande

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2.1. Introduction :

Le but de ce document est de définir et de décrire le système de frein monté sur les 200

wagons phosphate pour la SNCFT.

2.2. Le type du système de freinage :

Le système est un système de freinage pneumatique UIC à une seule conduite dans lequel :

La CG transmet l’ordre de freinage le long du train et permet d’alimenter les RA. La fonction

des RA est de stocker localement l’énergie (air comprimé) consacrée aux freins.

2.3. Mode de freinage :

Le distributeur est équipé d’une commande Marchandises/Passagers (G/P) qui permet

d’appliquer des temps de serrage et desserrage conforme à la norme UIC 540.

Le système de freinage est équipé d’un dispositif (vide/chargé) qui adapte l’effort de freinage

en fonction de la charge transportée par le wagon. Il s’agit d’un système à deux étages qui

permet d’obtenir deux pressions différentes aux CF en fonction de l’état de chargement du

wagon.

2.4. Les équipements du système de freinage :

2.4.1. Schéma pneumatique :



Repère Nom

04-01 & 04-12 Demi-accouplement

04-02 Robinet d’arrêt coudé

04-03 Groupe de freinage GF SW4 D 2D P04-04 Commande d’isolement

04-05 Commande de changement mode (M/V)

04-06 Réservoir auxiliaire (RA)

04-07 Valve « capteur de déplacement » de changement de charge VTA (charge/vide)

04-08 Orifice protection du réservoir auxiliaire

04-09 Tuyau flexible

04-10 Prise de pression et de simulation de pesée04-11 Prise de pression du CF

04-13 Robinet d’arrêt coudé

14-01 Cylindre de frein (CF)

14-02 Régleur de jeu DRV 10-450 H2 P30 D37

2.4.2. Demi-accouplement :

Deux types de demi-accouplements sont utilisés dans ce système, 1 pour la CG et 1 pour laCP. Les deux types sont homologués UIC.

Ils permettent de connecter pneumatiquement un wagon à n’importe quel autr e wagon équipé

de ½ accouplements UIC. Tous les composants principaux du ½ accouplement sont

conformes aux normes UIC.

La forme des têtes de connexion rend impossible la connexion entre un demi accouplement

CG et un demi accouplement CP.



2.4.3. Robinet d’arrêt :

Les robinets d’arrêt sont utilisés lors de la connexion / déconnexion d’un wagon sur un train.

Ils sont de type « à loquet » ce qui signifie que leur position (isolée ou en service) est

maintenue grâce à un système basé sur un loquet.

Ils sont conformes aux normes UIC 541-1 et 542.

2.4.4. Groupe de freinage type GF SW4 D 2D P

2.4.4.1. Définition :

C'est l'organe principal de commande du frein pneumatique. C'est l'un des rares organes de

freinage qui fait l'objet d'une homologation formelle par l'UIC. C'est un organe purement

pneumatique, très complexe et aux multiples fonctions mais d'une excellente fiabilité.

Il détecte les variations de pression dans la Conduite Générale de frein et les transforme en

une pression dans les cylindres de frein suivant une loi inverse : la pression aux cylindres de

frein est proportionnelle à la dépression dans la Conduite Générale. La référence de pression

utilisée pour la détermination de la dépression dans la Conduite Générale est obtenue en

mémorisant d’une façon pneumatique dans le réservoir de commande associé au distributeur

la pression dans cette Conduite Générale au moment où le freinage débute à partir de la

position freins desserrés (pression de régime). Il alimente de plus le réservoir auxiliaire.

2.4.4.2. Groupe de freinage type GF SW4 D 2D P et son environnement :



Le groupe de freinage GF SW4 D 2D P est le composant principal et le plus complexe d’un

système de freinage

Pneumatiquement il est connecté à :

La conduite générale (CG). Le réservoir auxiliaire (RA).

La pression de pesée délivrée par la VTA.

Le cylindre de frein CF).

Mécaniquement, il est connecté à :

La commande d’isolement.

La poignée d’échappement du réservoir de contrôle

Le levier de commande du mode (M/V).

2.4.4.3. Composition et fonctionnement du groupe de freinage GF SW4 D

2D P :



Le groupe de freinage GF SW4 D 2D P est composé de :

Le support C11 :

Le corps C11 permet de connecter mécaniquement le groupe de freinage au châssis du wagon

à l’aide de 4 trous ø 18. Toutes les conduites pneumatiques sont connectées au support C11 àl’aide des connexions de type Gaz.

Distributeur SW4 intégrée :

Le distributeur SW4 D 2D P est un composant intégré qui inclut :

Le distributeur intégré SW4 (y compris les robinets d’isolement du système de

freinage et le changement de régime M/V). Le relais R2D (y compris le cylindre de commande).

Le réservoir de commande qui fournit la pression de référence au distributeur.

Tous ces composants sont directement montés sur le corps du SW4 ce qui signifie que toutes

les connexions et les volumes (à l’exception du RA) sont situés dans le corps.

Le relais est connecté pneumatiquement au :

Réservoir de commande (pression de référence).

La CG (transmet les ordres de serrage/desserrage au distributeur).

Le RA (assure l’alimentation en air ).

CFF (pression pilote).

Le distributeur est le “cerveau” du système de freinage, il pilote la pression dans le CFF en

”lisant” continuellement la pression de la CG et en comparant celle-ci à la pression du RC.

Le distributeur fonctionne avec une pression variant de 5 bars « pression de régime » (freins

relâchés – position de service) à 0 bars (freinage d’urgence) dans la CG.

Le freinage maximal (3.8 bars dans le cylindre de frein fictif) est obtenu à la suite d’une chute

de pression de 5 à 3.5 bars dans la CG.



Le distributeur est modérable lors de la phase de serrage et de desserrage.

Le distributeur est équipé d’une commande de changement de régime G/P.

Le distributeur contrôle les temps de serrage et desserrage (respect de la norme UIC 540) en

accord avec le régime G/P choisi.

Le distributeur est équipé d’une commande d’isolement qui permet d’isoler totalement le

système de freinage du wagon en cas de problème. Lorsque la commande d’isolement est en

position « isolée », la communication est coupée entre la CG et le distributeur et le RA est mis

à l’atmosphère ce qui signifie que les freins sont desserrés.

Le relais R2D :

Le relais R2D est connecté pneumatiqement au :

Le RA (assure l’alimentation en air )

Le CF (sortie du relais).

Le cylindre de frein fictif (pression pilote).

La pression (Vide/Chargé) fournit par la VTA.

Le relais R2D constitue la partie puissance du groupe de frein GF SW4. Elle a pour fonction

d’alimenter et d’échapper la pression dans le CF en « copiant » continuellement la pression

pilote issue du CFF.

Le relais R2D est également connecté au circuit de pesée VTA. Tant que la pression issue de

la VTA est égale à la pression atmosphérique, le relais est en position « vide » et délivrera une

pression déterminée au CF (pression définie par calcul de frein).

Lorsque la VTA passe en position ouverte, la pression dans la chambre du relais est égale à la

pression au RA. Le relais est en position « chargé » et la pression maximale de 3.8 bar est

délivrée au CF (égale à la pression du CFF).



2.4.5. Commande d’isolement :

La commande d’isolation est composée de deux poignées (une de chaque côté du wagon)

montées sur la caisse du wagon et d’un levier connecté au robinet d’isolation du groupe de

frein GF SW4.

Positionner la poignée en mode “service” permet d’établir la communication entre la CG et le

groupe de frein GF SW4 (et permet d’alimenter le RA par l’intermédiaire du distributeur).

Positionner la poignée en mode “isolé” permet de couper la communication entre la CG et le

groupe de frein GF SW4 et de purger le circuit interne CG du groupe (le RA sera échappé).

Dans ce mode, le groupe de frein est isolé et que donc le frein du wagon n’est plus disponible.

2.4.6. Commande de changement de régime (Marchandises/Voyageurs) :



La commande G/P est composée de deux poignées (une de chaque côté du wagon) montées

sur la caisse du wagon et d’un levier connecté au robinet G/P du groupe de frein GF SW4.

La sélection du mode G (marchandises) ou P (voyageurs) agira sur les temps de serrage et

desserrage :

C'est le distributeur qui définit la pression maximale aux cylindres de frein, laquelle est

toujours la même, et est définie par l'UIC à 3,8 ± 0,1 bar. Cette valeur concerne également le

freinage d'urgence, comme nous l'avons vu ci-dessus.

Par ailleurs, le distributeur assure également la limitation de jerk, en assurant le remplissage

ou la vidange des cylindres de frein en un temps prédéfini. Ces temps sont les suivants :

Temps de remplissage des

cylindres de frein de 0 à 95%

de la pression maximale

Temps de vidange des

cylindres de frein de la

pression maximale à 0,4 bar

Régime V (voyageurs) 3 à 5 secondes 15 à 20 secondes

Régime M (marchandises) 18 à 30 secondes 45 à 60 secondes

Les temps du régime M sont très longs, de manière à absorber l'importante disparité des

performances de freinage des wagons et éviter une trop brusque mise en freinage des

véhicules de tête par rapport aux véhicules de queue, au regard des temps de propagation des

variations de pression le long de la CG. Pour les trains de voyageurs, les temps sont beaucoupplus courts car ces convois sont beaucoup plus rapides, souvent nettement plus courts et

surtout composés de matériels aux performances nettement plus homogènes.

2.4.7. Réservoir auxiliaire (RA) :

Le RA sert à stocker localement l’énergie (air compressé) dédiée au freinage. Il est alimenté

par la CG par l’intermédiaire du distributeur. Le volume du RA doit être défini en

concordance avec le volume des CF dans la perspective de garantir une pression résiduelle de

3.8 bars après une application totale du frein.

2.4.8. Capteur de déplacement pour changement de charge VTA

(charge/vide) :



La VTA est un détecteur de charge utilisé afin de fournir l’infor mation vide ou chargé au

relais R2D dans le but d’adapter l’effort de freinage.

Elle est alimentée par le RA et alimente le groupe de freinage. Tant que le wagon est vide, la

VTA n’alimente pas le groupe de freinage ; lorsque le wagon est chargé, la VTA « s’ouvre »

et le contact est établit entre la pression RA et le groupe de freinage.

Puisque la VTA est connectée avec des flexibles, il est nécessaire de protéger le RA en cas de

fuite au niveau de ceux-ci. C’est la fonction de l’orifice de protection RA qui limitera la fuite

et évitera une purge rapide du RA.

2.4.9. Prise de pression et de simulation de pesée :

La prise de simulation de pesée est montée sur tuyauterie entre la VTA et le groupe de

freinage au travers de ses deux connexions G1/4”.



Cette prise test est utilisée lors d’une opération de maintenance. A l’aide d’un outillage

spécial, il est possible d’utiliser cette prise dans différentes positions. Ceci permet de vérifier

le comportement de la VTA ou de simuler le statut « chargé » afin de vérifier le

comportement du relais R2D.

2.4.10. Prise de pression cylindre frein :

La prise test CF est une “connexion en T” qui est montée directement sur la tuyauterie du CF

à l’aide d’une connexion type Vebeo.

Le 3ème canal de la prise est normalement fermé par un bouchon. Lors d’une maintenance

et/ou d’une vérification, un dispositif de mesure remplace le bouchon afin de vérifier la

pression au CF.

2.4.11. Cylindre de frein :



Le cylindre de frein (CF) est un servomoteur pneumatique simple, qui sert à provoquer

l'application des semelles ou des sabots de frein pour créer l'effort de freinage désiré.

L'envoi de l'air comprimé sur la face du piston commande l'application 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.

Le cylindre de frein est monté sur le châssis de wagon avec six trous et vis d’assemblage, est

ensuite reliée au distributeur de commande par une canalisation.

2.4.12. Régleur de jeu DRV10:

2.4.12.1. Définition :

Cette appareil est pratiquement indispensable dans le cas de deux rapports de freinage tare et

charge, il assure la constance de la puissance de freinage (pression constante au cylindre de

frein).

Le régleur travail selon divers principes mécaniques, il se comporte 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

2.4.12.2. 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 entre 44 et 19 ‘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 419 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 419 avant que les semelles ne

s'appliquent sur les roues. L'accouplement B est libéré et sous l'effet du ressort 429, l'écrou

d'avance 23 se visse sur la tige pour rester en contact avec le carter 419. 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 419. L'accouplement C est libéré et sous l'effet du

ressort 21, le carter 419 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 429 faisant tourner l'écrou 1 jusqu' à ce que la distance normale entre les deux écrous 1

et 23 soit réglable.

2.4.12.3. Les fonctions :

Double-acting :

Le régleur de timonerie DRV10 ramène toujours les jeux à leur valeur normale, que ceux-ci

soient devenus trop grands du fait de l’usure des semelles ou des roues, ou bien qu’ils soient

devenus trop petits, lors du remplacement des semelles par exemple, ou à la suite d’une

variation de la charge du wagon.

Rapid action:

Les jeux aux sabots sont automatiquement ramenés à leur valeur normale après deux

applications du frein.

Verification:

Si une résistance ap paraît au cours d’un serrage du frein, soit à cause de la corrosion des axes

de la timonerie, ou à cause de la présence de glace entre les semelles et la roue, le régleur

DRV10 ne restitue pas le jeu immédiatement, mais mémorise la valeur à restituer. Si le jeu est

réellement trop faible, le DRV10 restituera la valeur mémorisée au cours de l’application du

frein suivante. De cette façon, aucun allongement intempestif ne peut se produire.



True Slack:

Les systèmes de réglage de jeu aux semelles basés sur la course du CF ont pour inconvénient

de provoquer des variations de jeu aux semelles. Le régleur DRV10 intègre directement le jeu

aux semelles, permettant d’utiliser au mieux la course des CF, et procurant donc un freinage

régulier et efficace.

Improved spindle sealing:

Le régleur est doté à ses deux extrémités de joints dont le concept a fait l’objet d’un brevet. Le

joint place côté tige agit comme un piège à eau en raclant la tige pour empêcher que l’eau ne

parvienne jusqu’à la partie filetée de la tige. Le joint côté tête, réalisé en caoutchouc spécial,

s’appuie sur la surface intérieure d’une coupelle en acier inoxydable, arrête l’eau et l’évacue

vers l’extérieur.

Failsafe locking in released position:

Les wagons modernes et leurs équipements de frein sont soumis à des niveaux de vibration

plus élevé en raison des vitesses plus grandes pratiquées aujourd’hui. Afin de procurer au

système de freinage des wagons la sécurité maximum, les accouplements ont reçu un crantage

empêchant l’allongement intempestif du régleur en position desserrée.

2.4.12.4. Installation :

Le régleur de timonerie DRV peut être installé de différentes manières. L’installation la plus

commune est représentée dans l’exemple ci-dessous.

La tige du régleur est soudée à la tige de connexion. Le régleur est connecté au levier à l’aide

d’une chape à rotule et à la tige de réglage.



2.4.12.5. Timonerie de frein :

C'est un ensemble de barres, comportant des points fixes et des points mobiles et destiné à

transmettre et amplifier l'effort produit par le cylindre de frein.

La timonerie utilisé dans ce système de freinage peut être décomposé en deux partie, en termede localisation, on trouve la timonerie liée au porte à faux du wagon, et une timonerie lié au

chacun des bogies du wagon (2 bogies par wagon).

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