CAPLP Externe GM Option construction - Analyse d'un problème technique - 2020

Mise en situation

Problématiques du freinage ferroviaire : sécurité et compacité

1.1. Contextualisation d’un train de marchandise

Aujourd’hui le transport ferroviaire de marchandise est encore peu utilisé. On compte 33 milliards de t.km (tonne kilomètre) pour le ferroviaire en 2017 contre 307 milliards de t.km pour le transport routier, (source INSEE).

L’impact en émission de CO2 du train à traction électrique reste très inférieur à celui du transport routier. L’avantage essentiel du train reste sa faible résistance à l’avancement, lié au contact acier/acier des roues sur les rails. En contrepartie, la gestion de la motricité et du freinage doit être élaborée en raison du faible coefficient de frottement de ce couple de matériau.

Le sujet porte sur le bloc de freinage BFC, conçu et fabriqué par la société Faiveley. L’unité de commande du système de freinage est située sur une locomotive BB36000 produite par ALSTOM.

Les attendus du système de freinage sont les suivants :

• continu : le freinage de chaque wagon se pilote depuis un seul point du train ;
• automatique : déclenchement automatique si rupture de rame.

Le cahier des charges nous impose de vérifier les capacités de sécurité et de compacité de chaque bloc frein, objet de l’étude.

Pour cette étude, on s’intéresse à un train de marchandise définit comme suit :

• une motrice de 88t, longueur 19 m
• quinze wagons de 99t, longueur 18m Chaque wagon dispose de deux bogies, portés par deux essieux.

L’étude proposera plusieurs modélisations, d’un degré de complexité croissant.

1.2. Principe du frein à commande pneumatique

Une conduite d’air, nommée conduite générale, parcoure le train sur toute sa longueur. En l’absence de consigne de freinage, la conduite générale est gonflée à 5 bars, ce qui permet de remplir des réservoirs auxiliaires sur chaque wagon. Lorsque le conducteur du train désire freiner, il commande une baisse de pression dans la conduite générale, ce qui déclenche le freinage. On note qu’ainsi une rupture d’attelage a pour effet de mettre la conduite générale à la pression atmosphérique et de déclencher automatiquement le freinage.

1.3 Présentation du frein à sabot BFC

La société FAIVELEY, équipementier ferroviaire, a développé un frein à sabot compact. Ce frein utilise une transformation à came pour proposer un effort important tout en adaptant un piston de taille réduite.

Contenu de l'épreuve

L’étude est composée de 3 parties.

1. Problématiques du freinage ferroviaire.
2. Approche globale du freinage.
3. Vérification des éléments du cahier des charges.