Statu quo du développement des équipements clés de meulage ferroviaire

Actuellement, le système ferroviaire est le plus répandu, et la part de marché des méthodes de meulage actives, passives à grande vitesse et composites est relativement importante. Voici un résumé de l'état de développement des trois équipements de meulage ferroviaire typiques.

1.3.1 Équipement de rectification active des rails

La technologie de rectification active est actuellement la plus répandue et représente la plus grande part de marché, notamment pour les modèles automobiles. Les constructeurs automobiles étrangers sont principalement américains.HARSCOetSANGLEFrançais et la société suisse SPENO, etc. La technologie de meulage des rails en Chine a commencé tardivement, après des décennies de développement, les fabricants actuels de wagons de meulage nationaux sont principalement Golden Eagle Heavy Construction Machinery Company Limited (Golden Eagle Heavy Industry), CNR Beijing Erqi Vehicle Company Limited (CNR Erqi), Zhuzhou CNR Times Electric Company Limited (Times Electric), China Railway Construction High-tech Equipment Company Limited, etc. Golden Eagle Heavy Industry (GEHI) et CNR Erqi ont développé indépendamment les véhicules de ponçage GMC-96X et GMC-96B en introduisant la technologie de HARSCO (États-Unis) et de SPENO (Suisse), respectivement, comme le montrent les figures 1 et 2. Le véhicule de ponçage GMC-48JS, développé indépendamment par TIME ELECTRIC, a été approuvé pour exploitation en mars 2020 [1].

Figue.1GMC-96X

Figue.2GMC-96B[2]

Français Actuellement, sur la ligne couramment utilisée, les modèles GMC-96X (Golden Eagle Heavy Industry), GMC-96B (China Railway Erqi), PGM-48 (HARSCO, USA) et la nouvelle ligne de modèles GMC-48JS (Times Electric), les principaux paramètres de fonctionnement et les exigences de fonctionnement sont présentés dans le tableau 1. Les données montrent que la vitesse de fonctionnement du chariot de meulage est d'environ 3 à 24 km/h, inférieure à la vitesse de fonctionnement critique peut entraîner un meulage excessif du rail. En dessous de la vitesse de fonctionnement critique peut provoquer un meulage excessif dans les zones locales, et la chaleur de meulage locale du rail à basse vitesse est activement susceptible de brûler le rail [3] ; si la vitesse de fonctionnement est trop élevée, l'efficacité d'enlèvement idéale ne peut pas être garantie. Un chariot de meulage conçu pour une pente de fonctionnement maximale de 30 ‰ peut gérer la grande majorité de la maintenance de meulage de ligne. Cependant, pour certaines lignes à longue pente (pente supérieure à 30 ‰), en particulier le chemin de fer Sichuan-Tibet en construction, la coordination des performances de fonctionnement du chariot de meulage et des problèmes de traction sera l'un des défis importants.

Languette1.Les paramètres de fonctionnement d'un train de meulage de rails typique[2]

1.3.2 Équipements clés pour le meulage passif des rails à grande vitesse

Le chariot de meulage passif à grande vitesse est principalement produit par la société allemande VOSSLOH HSG, un chariot de meulage ferroviaire composé principalement d'un chariot de meulage et d'un chariot auxiliaire (Figure 3). Les opérations de meulage nécessitent la traction d'une locomotive, à une vitesse de fonctionnement allant jusqu'à 60 à 80 km/h. L'ensemble du véhicule est composé de 4 groupes d'unités de meulage, soit un total de 96 meules fonctionnant simultanément à une vitesse de rotation élevée d'environ 6 000 tr/min, comme illustré à la Figure 4. Chaque groupe est équipé de deux ensembles de cadres de meulage. Le fonctionnement de la meule peut être réalisé sans interrompre la rotation rapide et continue du groupe, c'est-à-dire qu'un seul chargement de meule peut effectuer un meulage continu d'environ 70 km [4], comme illustré à la Figure 5. Pendant le meulage, la quantité d'étincelles de meulage, l'usure de la meule et la pression de meulage peuvent être surveillées en temps réel. Après le meulage, le profil du rail est testé pour vérifier l'effet de meulage. Le chariot de meulage à grande vitesse repose uniquement sur la résistance du train de meulage pour éliminer le champignon du rail, car la meule n'est pas entraînée. Par conséquent, la vitesse de travail a un impact significatif sur l'efficacité du véhicule de ponçage. Lorsque le véhicule de ponçage à grande vitesse effectue l'opération de ponçage sur la ligne inter-stations : en phase d'accélération à la sortie de la station, lorsque la vitesse est supérieure à 30 km/h, le cadre de ponçage est abaissé et l'opération de ponçage est lancée ; en phase de décélération à l'entrée de la station, lorsque la vitesse est inférieure à 15 km/h, le cadre de ponçage est relevé et l'opération de ponçage est terminée. Par conséquent, dans la zone correspondant à l'accélération et à la décélération du véhicule de ponçage, l'efficacité du ponçage est réduite en raison de la réduction de la vitesse du véhicule ; la partie de la zone non ponçable en raison du soulèvement du cadre de ponçage doit être couverte par le véhicule de ponçage d'aiguillage en station lors de l'opération suivante.

Figue.3Voiture de meulage à grande vitesse HSG

Figue.4Unité de broyage

Figue.5Structure du cadre de meulage

Au cours de la dernière décennie, de nombreuses institutions nationales se sont engagées dans la recherche et le développement de véhicules de meulage à grande vitesse. Le 18 juin 2021, le premier prototype de meulage intelligent de rail à grande vitesse pour la ligne à grande vitesse Pékin-Shanghai, développé conjointement par l'Université Jiaotong du Sud-Ouest, la ligne à grande vitesse Pékin-Shanghai et la Southwest Jiaotong University Railway Development Co., Ltd., est sorti de la chaîne de production, réalisant l'innovation originale du « zéro à un » [5], comme le montre la figure 6. Le 22 juillet 2021, le véhicule de meulage de rails KGM-80II, développé indépendamment par China Railway Construction High-Tech Equipment Co., Ltd., a passé l'évaluation et a été approuvé pour une exploitation expérimentale [6], comme le montre la figure 7. L'introduction de ce véhicule de meulage de rails à grande vitesse développé en interne est d'une grande importance pour la Chine dans la réalisation de l'autonomie complète des équipements du système ferroviaire.

Figue.6Prototype de voiture d'essai de meulage de rail rapide intelligent pour la ligne à grande vitesse Pékin-Shanghai[5]

Figue.7KGM-80II. Wagon de meulage rapide des rails[6]

1.3.3 Équipement clé de meulage composite pour le fraisage et le meulage des rails

Français Actuellement, les wagons de fraisage et de meulage des rails sont largement utilisés sur les lignes ferroviaires lourdes nationales et étrangères. La société allemande GMB, ainsi que les sociétés autrichiennes LINSINGER et MFL, etc., sont les principaux fabricants de wagons de fraisage et de meulage à l'étranger [4,7]. Figure 8 pour le wagon de fraisage et de meulage SF03 de la société LINSINGER, la longueur totale du wagon est de 25 m, le poids du wagon est de 120 t, équipé de deux bogies à trois essieux, vitesse automotrice jusqu'à 100 km/h, la vitesse maximale de fonctionnement est de 0,36 ~ 1,20 km/h, l'ensemble du wagon est équipé d'un total de deux jeux de disques de fraisage et de deux jeux de meules [7,8,9]. Français Les fabricants nationaux comprennent principalement China Railway Times Construction Machinery Co. à Baoji et China Railway Construction High-Tech Equipment Co. La figure 9 montre le véhicule de fraisage et de meulage XM-1800 produit par China Railway Construction High-Tech Equipment Corporation, qui présente les avantages d'une efficacité opérationnelle élevée, d'un meulage flexible, d'une protection de l'environnement et de moins d'étincelles dans le rognage de la forme interne du rail et le meulage du profil spécial du rail [10]. Le tableau 2 compare les principaux paramètres de performance opérationnelle du véhicule de fraisage et de meulage SF03 et du véhicule de fraisage et de meulage XM-1800, ce qui montre que le véhicule de fraisage et de meulage XM-1800 développé en Chine a atteint le niveau technique avancé mondial en termes d'efficacité d'enlèvement de matière et de précision opérationnelle.

Figue.8Voiture de fraisage SF03

Fig.9 Chariot de fraisage XM-1800[10]

Tableau 2 Comparaison des performances opérationnelles entre les trains de fraisage ferroviaire SF03 et XM-1800

1.3.4 Comparaison complète des performances des principaux équipements de meulage des rails

La rectification active, la rectification passive à grande vitesse, le fraisage et la rectification composite sont trois équipements de rectification de rails typiques comparés, comme le montre le tableau 3. L'enlèvement de matière par rectification active, la bonne rectification du contour de l'enveloppe de la bande légère et la vitesse de fonctionnement rapide représentent actuellement la plus grande part de marché. Pour la rectification active, l'objectif principal est de résoudre le problème des brûlures de rails afin d'améliorer la qualité de surface du rail après rectification. Des études ont montré que l'optimisation des paramètres de rectification [11, 3, 12] et de la structure de la meule [13] peut améliorer efficacement les brûlures. Le développement de meules actives hautes performances est au cœur des recherches futures.

La vitesse de rectification passive à grande vitesse permet théoriquement de transporter des passagers et des camions ordinaires sans nécessiter de toit ouvrant, sans affecter le bon fonctionnement de la ligne. De plus, la rectification passive à grande vitesse, basée sur la stratégie de rectification préventive des rails, offre des avantages significatifs pour prolonger la durée de vie des rails. Par conséquent, la rectification à grande vitesse est un atout majeur pour le développement futur. Répondre à des exigences opérationnelles élevées, notamment en termes de rendement et de qualité, tout en garantissant d'excellentes propriétés mécaniques (résistance/ténacité) et de bonnes performances de service (coupe, résistance à l'usure, etc.) est un enjeu majeur pour l'avenir.

La rectification composite présente des avantages significatifs en termes d'efficacité d'enlèvement de matière, de finition des contours et de qualité de surface. Cependant, sa vitesse d'exécution est lente. Avec le développement économique, le temps de rectification sera extrêmement réduit et les exigences d'efficacité des opérations de rectification augmenteront. La coordination de la capacité future des lignes et la durée de rectification seront au cœur des préoccupations. Parallèlement, afin de garantir la précision de la correction du profil des rails et l'efficacité opérationnelle, le développement de rectifications de rails résistantes aux conditions d'exploitation difficiles et d'outils de coupe en carbure hautement résistants à l'usure constitue également un axe de recherche futur.

Languette.3Comparaison des trois types d'équipements de meulage de rails typiques

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