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TECHNIQUE DES INSTALLATIONS DE TRANSPORT PAR CÂBLE : NOTIONS DE BASE

Les systèmes des freinage d’installations de transport par câble

Suite à une incitation provenant du cercle des lecteurs d’ISR, nous avons décidé de publier, répartis sur plusieurs cahiers, une série d’articles sur les notions de base de la technique des transports par câble, rédigés par le Pr Josef Nejez à l’intention des lectrices et des lecteurs ne disposant pas d’une formation technique en la matière.

Créée par Josef Nejez

Dans notre articleLes entraînements d’installations de transport par câble paru dans le numéro 2/2020 d’ISR nous avons montré les forces entrant en jeu pour mettre en mouvement, suivant le cas, le câble porteur ou le câble porteur-tracteur avec les véhicules et pour le maintenir en mouvement à la vitesse voulue. En revanche, dans le présent chapitre, nous allons montrer comment l’installation à câbles en mouvement va être immobilisée : on pourrait croire que c’est chose banale – mais c’est en réalité une opération plus compliquée qu’il ne semble. Le « freinage » de l’installation à câbles peut intervenir pour deux raisons :

La première – que l’on pourrait qualifier de « normale » – est le fait que, dans le cas d’une installation à va-et-vient, les véhicules doivent s’arrêter dans les gares pour permettre aux passagers d’embarquer et de débarquer ainsi que pour inverser le sens de déplacement ; dans le cas d’un système à mouvement unidirectionnel, on doit disposer d’un système de freinage pour que l’opérateur puisse arrêter l’installation ou bien interrompre le fonctionnement suivant les horaires.

Le second cas auquel on a affaire est l’arrêt de l’installation, manuel ou automatique, pour raisons de sécurité. Dans le milieu des téléphériques on a forgé le dicton : « Le plus sûr des téléphériques est le téléphérique à l’arrêt ». On veut dire par là que l’installation doit pouvoir être arrêtée à tout instant en toute sécurité si jamais un événement présentant un danger devait survenir en cours de service – qu’il s’agisse d’une défaillance technique ou qu’un passager soit à l’origine de cette situation.

Des systèmes de freinage différents sont prévus pour intervenir dans l’un ou l’autre cas, offrant la possibilité d’un freinage manuel ou automatique en fonction de la situation.

Modes d'Arrêt

Il existe fondamentalement deux modes d’arrêt :

  • le freinage électrique : l’installation est arrêtée au moyen de l’entraînement électrique,
  • le freinage mécanique : l’installation est arrêtée au moyen de freins à action mécanique.

Ces deux modes d’arrêt doivent répondre à toute une série d’exigences définies dans la norme EN 13223, Exigences de sécurité relatives aux installations à câbles transportant des personnes - entraînements et autres dispositifs mécaniques. Nous allons étudier ci-dessous les plus importantes de ces exigences.

Freinage électrique

La norme citée ci-dessus stipule que toute installation à câbles doit être dotée d’au moins un système d’arrêt à contrôle en circuit fermé avec décélération régulée aussi constante que possible. La force nécessaire pour ralentir l’installation provient de l’entraînement principal électrique et est transmise à la poulie motrice par les mêmes éléments de transmission des forces que ceux nécessaires pour l’entraînement de la poulie (voir le chapitre L’entraînement principal de l’article Les entrainements d’installations à câbles dans le cahier 2/2020 d’ISR, p. 72). On distingue entre deux modes de freinage électrique ayant chacun une fonction différente :

  • Arrêt normal et
  • Arrêt d’urgence.

Arrêt normal : Le freinage électrique est utilisé pour obtenir l’arrêt normal de l’installation. L’installation s’arrête avec une très faible décélération (généralement 0,4 m/s2 – freinage « en douceur »).

Arrêt d’urgence : Il est également possible d’utiliser le freinage électrique en tant que « frein de secours » pour déclencher un arrêt d’urgence suite au déclenchement de dispositifs de sécurité déterminés. Ce mode de freinage est dit Arrêt électrique ou Arrêt d’urgence  – moteur d’entraînement principal. Une décélération de freinage maximum de 1,25 m/s2 est autorisée dans ce cas (freinage « brusque »).

Freinage mécanique

Aux termes de la norme citée plus haut, une installation à câbles transportant des personnes doit obligatoirement être équipée de deux freins mécaniques indépendants dont chacun devra être en mesure d’arrêter l’installation à tout instant, même dans le cas de charge le plus défavorable. Ces freins doivent être des freins passifs, autrement dit des freins avec lesquels– dans le cas des freins modernes – la force de freinage est générée par le relâchement de ressorts pré-contraints et appliquée mécaniquement par l’intermédiaire de mâchoires munies de garnitures exerçant une friction sur les surfaces de freinage de la poulie motrice ou du disque de frein (freins à disque). Les ressorts sont pré-contraints (= freins maintenus ouverts) par circuit hydraulique (rarement pneumatiquement) au moyen d’un vérin. Lorsque la pression hydraulique est relâchée, par ouverture des soupapes, les ressorts de compression se détendent et les freins se serrent (= tombée des pinces de frein). Un frein mécanique peut être constitué d’un ou de plusieurs éléments de freinage.

Lorsqu’on déclenche un frein mécanique, il faut en même temps couper l’entraînement électrique sinon ce dernier contrecarrerait l’effet de freinage, son système de réglage essayant de maintenir la vitesse de marche sélectionnée.

Un frein mécanique sans éléments de réglage additionnels exerce une force de freinage à peu près constante. Autrement dit, à des taux de charge différents de l’installation correspondront, après déclenchement du frein, des décélérations différentes et par conséquent des distances de freinage différentes. Pour pouvoir maintenir les décélérations dans des limites acceptables en cours de service, on a le plus souvent recours à des équipements additionnels, modifiant la force de freinage en fonction de la charge (échelonnage ou régulation de la force de freinage).

Nous reviendrons plus tard sur ce point.

Les deux freins mécaniques obligatoires sur toute installation à câbles sont

  • le frein de service et
  • le frein de secours

qui ont des fonctions différentes.

Frein de service: Le frein de service agit normalement sur un disque de frein situé entre le moteur d’entraînement et le réducteur principal, parfois aussi (suivant le système) sur la poulie motrice. Le frein de service intervient automatiquement lors du déclenchement de certains dispositifs de sécurité. Ce mode d’arrêt est désigné comme Arrêt d’urgence – frein de service.

On doit également avoir la possibilité de déclencher manuellement le frein de service à partir de certains points de l’installation. En outre, le frein de service se déclenche et l’entraînement est coupé dès lors qu’une vitesse minimum déterminée (proche de l’arrêt complet) est atteinte suite au freinage électrique.

Frein de secours : Le frein de secours doit agir directement sur un élément transmettant la force de freinage au câble tracteur ou porteur-tracteur. Sur presque toutes les installations cet élément est la poulie motrice avec surfaces de freinage. Le terme d’arrêt d’urgence – frein de secours – désigne aussi bien le déclenchement automatique du frein de secours suite à l’activation de dispositifs de sécurité donnés que son déclenchement manuel à partir de certains points de l’installation.

 

Dispositifs de sécurité

Nous avons utilisé le terme d’« activation de dispositifs de sécurité donnés » comme motif de déclenchement automatique d’un des modes d’arrêt de l’installation cités. Ceci mérite une brève explication :

Toutes les installations de transport à câbles comportent un grand nombre de dispositifs de surveillance ayant pour tâche de détecter tout dysfonctionnement technique et d’induire automatiquement le processus approprié. Ce sera dans la majorité des cas l’arrêt de l’installation suivant le protocole de freinage prévu à cet effet.

Prenons pour exemple l’intervention du système de surveillance de l’installation : en cas de dépassement de plus de 10% de la vitesse maximale autorisée pour le mode d’exploitation considéré, l’ordre Arrêt d’urgence – frein de service devra être déclenché pour immobiliser aussitôt l’installation. Si pour une raison ou une autre cet ordre ne peut pas être exécuté l’ordre Arrêt d’urgence – frein de secours devra être déclenché dès dépassement de plus de 20 % la vitesse maximale autorisée.

La norme européenne contient un tableau des dispositifs de sécurité avec les fonctions correspondantes. Ce tableau se compose de 67 lignes et dix colonnes, ce qui démontre la complexité des systèmes de surveillance nécessaires pour assurer la sécurité de fonctionnement d’une installation.

Essais de freinage

Le réglage initial des freins s’effectue au moyen d’essais de freinage réalisés dans le cadre de la mise en service de l’installation. Lors de cette inspection, on simule les cas de charges extrêmes de l’installation en chargeant les véhicules de ballast. Les freins sont alors réglés pour que les distances de freinage et les taux de décélération se situent pour tous les cas de charge dans la plage autorisée en cours de service. Ces valeurs servent de base pour les essais de freinage ultérieurs dans le cadre des inspections périodiques de l’installation.

Lors du processus de freinage, il existe un rapport mathématique entre la vitesse de l’installation, la décélération de freinage, la durée du freinage et la distance d’arrêt. Ainsi, lorsqu’on connaît la vitesse de l’installation, il suffit de mesurer la distance d’arrêt ou la durée du freinage pour pouvoir calculer les autres valeurs.

Autres types de freins

Il existe encore d’autres types de freins, suivant le système d’installation à câbles dont il s’agit. Sur les funiculaires, les véhicules sont équipés de freins de chariot (freins embarqués à pince/rail), qui peuvent être actionnés manuellement ou se déclenchent automatiquement en cas de rupture du câble tracteur de façon à immobiliser le véhicule sur la voie. Le freinage s’effectue au moyen de mâchoires de frein sur la tête de l’un des deux rails. Sur la plupart des installations à va-et-vient les véhicules sont équipés de freins de chariot qui peuvent être commandés manuellement ou se déclenchent automatiquement pour immobiliser le véhicule sur le câble porteur. Le freinage s’effectue par pression des mâchoires sur le câble porteur.

La construction d’installations à va-et-vient sans freins de chariot est soumise à toute une série de conditions stipulées par la norme européenne EN 12929-2. La plus importante est celle exigeant que le câble tracteur soit exécuté en tant que câble en boucle épissé, les véhicules étant fixés sur ce câble au moyen de pinces. On doit avoir recours à ce type de construction lorsque l’installation est destinée à fonctionner sans cabinier. En effet, lorsqu’un frein de chariot est serré il ne peut être desserré que par un opérateur qui se trouve dans la cabine : celui-ci devra alors s’extraire par une lucarne et grimper le long de la suspente pour atteindre le chariot et desserrer le frein.


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