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Le GUIDAGE



                

                     




INTRODUCTION
L’objectif de la fonction guidage des véhicules et des engins moteurs est d’assurer le suivi des rails en toutes circonstances et d’éviter ainsi le risque majeur qu’est le déraillement aussi bien en alignement droit, en courbes et aux passages des appareils de voie. 
 
La réalisation de cette fonction s’oriente autour de trois liaisons principales : 
• La liaison rail-roue, 
• La liaison roues-châssis de bogie, 
• La liaison châssis de bogie-caisse. 
 
Nous aborderons ici la liaison rail-roue. 
La LIAISON RAIL-ROUE
Les essieux
Les essieux sont les organes essentiels des dispositifs de roulement des véhicules et des engins moteurs sur rails : 
• Ils supportent les engins moteurs et les véhicules, 
• Ils permettent leur déplacement, leur guidage, et transmettent les efforts de traction grâce à l'adhérence de leurs roues sur les rails. 
Constitution d'un essieu
On distingue sur un essieu : 
• Un axe cylindrique qui supporte le poids du véhicule, 
• Deux roues monoblocs solidaires de l'axe. 
 
L'ensemble rigide formé par ces différentes parties assemblées porte le nom "d'essieu monté". 
 
Essieu
Essieu

L'axe tourne avec les roues. Ceci est une différence importante entre le matériel de chemins de fer et les modes de transports routiers pour lequel les roues tournent autour des essieux fixes. 
 
Cette disposition des essieux montés s'explique par la nécessité de maintenir l'écartement des roues rigoureusement constant. 
Axe ou essieu nu
Essieu sur rail
Essieu sur rail

C'est une pièce massive en acier. Elle est obtenue par forgeage. 
Sa résistance mécanique à la flexion et au cisaillement doit être très élevée car les efforts supportés sont importants. 
Axe ou essieu nu
Axe ou essieu nu
On y distingue : 
• Le corps de l'essieu,
• Les portées de déflecteurs (boîtes à rouleaux) ou d'obturateurs (boîtes à coussinet) situées entre les portées de calage et les fusées, elles ont pour rôle de supporter les déflecteurs ou obturateurs qui assurent l'étanchéité des boîtes,
• Les fusées, parties cylindriques limitées par des arrondis et très soigneusement usinées. Elles sont destinées à recevoir la charge du véhicule par l'intermédiaire des boîtes d'essieux. Leur surface doit être lisse et parfaitement cylindrique. Elles peuvent être soit extérieures ou intérieures aux portées de calage. Elles sont destinées à recevoir le poids du véhicule par l’intermédiaire des boîtes d’essieux,
• Les portées de calage, situées de part et d'autre du corps d'essieu, ce sont des parties cylindriques d'un diamètre supérieur à celui du corps d'essieu. Soigneusement usinées, elles sont destinées à recevoir les roues par emmanchement à la presse.
Axe ou essieu nu
Axe ou essieu nu

La roue
On distingue sur un corps de roue :
• Le moyeu, partie centrale percée d'un alésage destiné à l'assemblage roue-essieu, 
• La toile, qui relie le moyeu à la jante, 
• La jante, qui est la partie périphérique de la roue est usinée pour définir un profil particulier : 
   • La table de roulement : partie conique à l’extérieur de la jante qui sera en contact direct avec le rail, 
   • Le boudin, partie renflée à l’extérieur de la jante.
 
L'assemblage du corps de roue sur la portée de calage de l'essieu est effectué à la presse, à froid. 
Afin d'obtenir un serrage important entre les deux parties de l'assemblage, le diamètre de la portée de calage est usiné à une cote supérieure au diamètre intérieur du moyeu. 
Roue monobloc
                
Roue monobloc
                                                                                            
Roue monobloc
                                                                       
Roue monobloc

La TABLE de ROULEMENT
La table de roulement assure le roulement sur les rails, afin de permettre le guidage des roues entre les rails aussi bien en alignement droit que en courbe.
Elles sont usinées extérieurement suivant un profil dit "profil unifié". 

On distingue sur ce profil : 
• Une partie légèrement conique, la table de roulement qui est la surface qui s'appuie sur le rail,  
• Une partie renflée, le boudin qui est destiné à maintenir l'essieu entre les rails et à le guider (courbes, aiguillages).

• Le boudin et la table de roulement sont raccordés par un congé. La partie opposée au boudin ne participe pas au roulement, sa conicité est plus forte. Un chanfrein termine le profil.

En alignement droit, le contact de la roue sur le rail s'effectue suivant le cercle de roulement.
Conicité de la table de roulement
Conicité de la table de roulement

Conicité des tables de roulement
La conicité des tables de roulement a deux effets : 
• En alignement droit, le contact de la roue sur le rail s’effectue suivant le même cercle de roulement et il est indispensable que les 2 roues d’un même essieu qui tournent à la même vitesse aient des diamètres rigoureusement égaux (une tolérance de 20mm est admise). La conicité des tables de roulement permet de ramener l’essieu dans l’axe de la voie lorsqu’il tend à s’écarter, cela grâce à la charge qui appuie sur l'essieu.  
• En courbe, la roue placée sur le rail extérieur doit parcourir un plus grand chemin que la roue placée sur l'autre rail. Comme les deux roues sont solidaires l’une de l’autre, si leurs tables de roulement étaient cylindriques il y aurait glissement. La conicité des tables de roulement ainsi que le surécartement de la voie en courbe permettent d’éviter le glissement. En effet, sous l’action de la force centrifuge, l’essieu se déplace vers l’extérieur de la courbe et les cercles de roulement des deux roues prennent des diamètres différents. Le cercle de roulement de la roue intérieure se réduit alors que celui de la roue extérieure augmente. Cette variation de diamètre permet aux deux roues de parcourir des chemins différents sans glissement. 
 
Position de l'essieu en alignement droit
Position de l'essieu en alignement droit

Chemin parcouru par les roues en courbe
Chemin parcouru par les roues en courbe

COMPORTEMENT en ALIGNEMENT DROIT
En alignement droit, la table de roulement de chaque roue forme ensemble deux cônes opposés, qui entraîne une position d’équilibre qui est située symétriquement par rapport aux deux rails.

L’essieu est ainsi rappelé dans l’axe de la voie par son propre poids, sous l’effet de la gravité. L’essieu tend à se placer par rapport aux deux rails, dans une position telle que son centre de gravité se trouve au point le plus bas. Il en est ainsi lorsque l’essieu est rigoureusement dans l’axe de la voie.

En alignement droit, le contact de la roue sur le rail s'effectue suivant le cercle de roulement et il est indispensable que les roues qui tournent à la même vitesse, puisqu’elles sont solidaires de l’axe de l’essieu, aient des diamètres rigoureusement égaux.

Si l’essieu tend à s’écarter de l'axe de la voie, la conicité des tables de roulement le ramène dans l'axe de la voie. La conicité assure donc le centrage du train par rapport aux rails.

Cela montre l'importance qu'a la conicité des tables de roulement et le maintien de son profil dans le temps.
La table de roulement forme un cône
La table de roulement forme un cône

Position de l'essieu en alignement droit
Position de l'essieu en alignement droit
COMPORTEMENT en COURBE
En courbe, la file extérieure des rails est plus longue que la file intérieure des rails due au rayon de la courbe, les deux roues doivent donc parcourir des chemins de longueur différente.
Chemin parcouru par les roues en courbe
Chemin parcouru par les roues en courbe

Comme les roues sont calées sur l’essieu et qu’elles ont le même diamètre, l’une d’elle doit tout en roulant, glisser sur le rail jusqu'à retrouver un alignement droit. 

Ce glissement tend à user la table de roulement et usine le rail par frottement. Cela entraine une perte de la conicité de la table de roulement et use prématurément la surface du rail. 

Ce glissement disparaît dans le roulement en cône car dans ce cas, le rayon du cercle de roulement de la roue extérieure est plus grand que le rayon du cercle de roulement de la roue intérieure. 
Le GUIDAGE en ALIGNEMENT DROIT et en COURBE
En alignement droit
Dans le cas où la conicité des tables de roulement n'est plus parfaite, plat aux roues dû à un blocage, dépôt de métal sur les tables de roulement, et conjugué à d'autre effets, inégalités de la voie, jeux des essieux, vitesse, dans ces cas l'essieu ne parvient plus à rester dans une position d'équilibre par rapport aux rails.
Pour maintenir l'essieu sur le rail, la roue est équipée d'un boudin qui permettent de limiter le débattement de l'essieu par rapport au rail. L'essieu est ainsi maintenu entre les deux files de rail.

Le boudin de la roue joue le rôle de butée transversale en venant s’appuyer contre le rail, ce qui permet d’arrêter le mouvement transversal de la roue (Ex : mouvement de lacet). L’utilisation de graisseurs de rails permet d’assurer le glissement entre le boudin et le rail afin d’éviter une usure trop rapide.
 
Le boudin maintien l'essieu sur le rail
Le boudin maintien l'essieu sur le rail

En courbe
En courbe, c’est le boudin qui assure le guidage. Il joue, là aussi, le rôle de butée transversale en venant s’appuyer contre le rail, ce qui permet d’arrêter le mouvement transversal de la roue. L’utilisation de graisseurs de rails permet d’assurer le glissement entre le boudin et le rail afin d’éviter une usure trop rapide.

Il est à noter que le chemin parcouru par la roue extérieure est plus grand que le chemin parcouru par la roue intérieure. Les deux roues étant solidaires l'une de l’autre par l'intermédiaire de l'essieu, si leurs tables de roulement étaient cylindriques, il y aurait glissement « patinage ». Grâce à la conicité des tables de roulement, le glissement est évité. L’essieu se déporte légèrement vers l'extérieur de la courbe et les cercles de roulement des deux roues prennent des diamètres différents.

Le cercle de roulement de la roue intérieure à la courbe se réduit, celui de l’autre roue augmente. Bien que tournant à la même vitesse, la roue extérieure parcourt alors un plus grand chemin que l'autre roue et il n'y a pas de glissement. 
Le boudin assure le guidage
                   
Le boudin assure le guidage
                                                    
Position de l'essieu dans une courbe à gauche
                                                                  
Position de l'essieu dans une courbe à droite

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