En naviguant sur notre site, vous acceptez l'utilisation de cookies pour vous proposer une navigation optimale et nous permettre de réaliser des statistiques de visites. En savoir plus

Les systèmes de freinage


 

Introduction

Nous consacrerons toute cette partie aux différentes méthodes utilisées pour freiner une ligne de remontée mécanique.

Pourquoi freiner une ligne ? pour diverses raisons, liées à l’exploitation (arrêt d’exploitation) ou bien pour des raisons de sécurité des personnes et de la machine.

Il s’agit là d’une partie très délicate. En effet, la réglementation est à la fois très stricte mais également très changeante en matière de freinage d’appareils.
A tout moment et quelque soit le cas de charge d’un appareil, on doit être en mesure d’immobiliser rapidement la ligne d’un appareil et de maintenir l’arrêt quelque soit les conditions extérieures.

Avant de poursuivre, arrêtons-nous un instant sur les préconisations de la réglementation française : (Annexe "RM2" à l'arrêté du 16 décembre 2004 relatif à la conception générale des téléphériques)

Tous les entraînements, (entraînement principal, entraînement auxiliaire entraînement de secours et entraînement d'évacuation le long du câble), doivent être équipés de deux freins indépendants l'un de l'autre. Dans le cas où l'installation marchant avec l'entraînement de secours ou l'installation d'évacuation avec l'entraînement d'évacuation peut être ralentie jusqu'à l'arrêt, un seul frein agissant sur la poulie motrice est suffisant. Les freins doivent agir par frottement. Ils peuvent être communs à plusieurs entraînements.
Chacun des deux freins doit pouvoir assurer l'arrêt et l'immobilisation de l'installation dans le cas de charge le plus défavorable prévu.
Chacun des freins doit être dimensionné de sorte que la décélération moyenne calculée sur l’entière distance d'arrêt à vitesse nominale maximale puisse être au moins égale à :
- 0,3 m/s² pour les télésièges à attaches fixes ;
- 0,5 m/s² pour tous les autres systèmes de remontées mécaniques.

Dans les conditions normales de freinage, la décélération moyenne calculée sur la distance d'arrêt ne doit pas être supérieure à 1,25 m/s² dans le cas des installations unidirectionnelles à mouvement continu


Il existe deux manières de ralentir un téléporté, quelque soit son type : un ralentissement utilisant un ou plusieurs freins ou un ralentissement n’utilisant que la force motrice du moteur pour ralentir, respectivement appelés « Arrêt Frein » et « Arrêt Électrique ».

 

L'arrêt dit électrique

L’Arrêt électrique ne fait intervenir aucun frein pour ralentir le téléporté. Les téléportés sont tous équipés d’un (ou de plusieurs) moteur(s) électrique(s) alimenté(s) en tension et en courant selon des schémas bien précis. Pour plus de détail, vous pouvez lire la partie consacrée sur l’électronique et la commande d’un appareil.
La vitesse d’un appareil est régulée par un variateur dont le type est très variable en fonction de l’âge du téléporté et du type de moteur (moteur à courant continu ou moteur asynchrone).

Lorsqu’on donne l’ordre au variateur de faire un arrêt électrique, ce dernier va asservir le moteur de la même manière qu’il le fait en fonctionnement normal mais cette fois-ci pour faire suivre à la vitesse de rotation du moteur une courbe de décélération bien précise. Cette courbe est le plus souvent linéaire, c'est-à-dire que la courbe « vitesse en fonction du temps » se rapproche d’une droite.
Lors d’un arrêt électrique, le moteur se retrouve le plus souvent générateur et il est donc nécessaire de protéger le réseau électrique extérieur des perturbations dues à l’arrêt.
Pour un moteur à courant continu, l’intensité dans le moteur peut aller jusqu'à l’opposée de l’intensité normale en fonctionnement de l’appareil et atteint sans difficulté plusieurs centaines d’ampères en négatif.
Voici une courbe de décélération typique d’un arrêt électrique :
INSERT

Une fois que la poulie motrice est immobilisée, un frein viendra empêcher toute dérive de la poulie (voir les chapitres suivants).

Pour de nombreuses raisons, on choisit de ne pas utiliser systématiquement le moteur électrique pour freiner l'appareil (défauts de puissance par exemple).
C'est pour cela que les remontées mécaniques sont équipés de systèmes de freinage indépendants du moteur électrique.

 

Comment fonctionne un frein ?

Pour freiner une remontée mécanique, il s'agit de dissiper toute l'énergie cinétique emmagasinée par la ligne et les poulies en mouvement.

Un frein transforme une énergie en force applicable sur une pièce en mouvement, que ce soit par exemple la poulie motrice ou l'arbre rapide entre le moteur et le réducteur.

cette force est, dans le cas d'un remontée mécanique, transmise à la pièce en mouvement par frottement : frottement de la plaquette de frein sur la piste de freinage.

Image


Dans une remontée mécanique; on freine une pièce en rotation (poulie, arbre rapide), l'effort de freinage (frottement) se traduit donc en couple de freinage.
L'énergie cinétique est toujours transformée en chaleur (énergie thermique).

 

Freins à sécurité positive

Pour créer un couple de freinage, on doit appliquer une force de la plaquette de frein sur la piste de freinage. Pour créer cette force, on a besoin d'énergie venant de l'extérieur.
Cette énergie est en général soit hydraulique (pression d'huile) soit électrique (courant électrique activant un électroaimant) soit pneumatique (pression d'air)

Les freins de remontée mécanique sont dits à sécurité positive, c'est à dire que l'absence d'énergie provoque le freinage.

et qu'il faut fournir l'énergie pour ouvrir le frein et non pas pour le fermer.
Par exemple, un frein embarqué sur une automobile n'est pas un frein à sécurité positive mais tout son contraire. En effet, le fait d'appuyer sur la pédale de frein génère la pression d'huile qui va appliquer une force sur les plaquettes sur le disque de frein.
Au contraire, sur les wagons d'un train, ce sont des freins a action positive; donc en l'absence d'énergie (ici air comprimé), les freins sont fermés et donc freinent le wagon ou le maintiennent à l'arrêt.

Dans un frein a sécurité positive, le force de freinage est créée par un dispositif qui va accumuler de l'énergie. Le plus fréquent est un ressort, mais on trouve des freins dont l'énergie est fournie par la gravité à l'aide d'un poids.
L'énergie externe qu'on apportera aura pour but de s'opposer à l'effort créé par le dispositif interne.

voici un schéma expliquant ce type de frein à sécurité positive :

Image Image


bien entendu, les freins sont un peu plus complexes et génère l'effort de freinage des deux côtés de la piste de freinage. Par exemple soit par deux systèmes comme ci-dessus de part et d'autre de la piste de freinage, soit par un système plus complexe bien que mécaniquement simple comme les deux schémas ci-dessous qui ne présente qu'un exemple parmi de nombreux :
Image Image


Il va de soi qu'une défaillance dans le système de freinage entraînera nécessairement la fermeture de celui-ci et donc l'arrêt de l'appareil.

 

Les deux catégories de freins

Dans la plupart des remontées mécaniques, il y a deux système de freinage indépendants.
l'un sera appelé frein de sécurité 1 et l'autre frein de sécurité 2.

Tout d'abord, il faut savoir qu'un frein est actionné par deux causes :
soit par une cause liée à l'électronique de commande, soit directement par l'opérateur qui dispose de moyen d'agir sur les freins (boutons d'arrêts par exemple)

 

Frein de sécurité 2 (Également appelé frein 2, frein de poulie, frein d'urgence)

Ce frein est placé directement sur la poulie motrice pour être au plus près du câble (d’où son appellation "frein de poulie".
Il est déclenché par l'opérateur ou bien par l'automatisme de commande si les défauts principaux suivants apparaissent :

  • Défaillance "frein 1" : en cas de non tombée des pinces de frein 1 par exemple lors d'une demande d'arrêt sur frein 1
  • Survitesse : le câble tourne au delà de la vitesse maximale autorisée (en général le seuil de survitesse est réglé à 110% de la vitesse maximale de l'appareil
  • Dévirage : le câble part en "marche arrière" alors que l'appareil est en "marche avant"
  • Tombée anormale des pinces de frein 2 : si un défaut de contact de surveillance de la position du frein 2 apparait
  • contrôle gamma : si les courbes de décélérations en arrêt frein 1 ne sont pas correctes



De nombreux autres cas de figure provoquent un déclenchement des freins 2 trop importants pour les citer.

Il peut y avoir plusieurs freins 2 sur la poulie motrice afin d'avoir le couple de freinage suffisant permettant d’immobiliser l'appareil dans les temps réglementaires (voir plus bas "essais en charge") quel que soit le cas de charge.
Les FS2 sont des freins à action positive à relevage hydraulique dans la quasi intégralité des cas.

voici quelques photos de FS2 chez différents constructeurs :
Pomagalski/GMM
Image
Image
(ce schéma peut légèrement différer de la réalité)


Doppelmayr
Image
Image



Poma / Leitner
Image


Garaventa
Image


Ce frein est serré au début de l'arrêt jusqu'à ce que l'appareil soit à une vitesse nulle.
Il ne sera relevé qu'à l'arrêt sur action de l'opérateur en réarmant.

 

Frein de sécurité 1 (également appelé 1er frein de sécurité, frein 1, frein de service, frein de parking...)

Tout comme le frein de sécurité 2 ou l'arrêt électrique, il est déclenché soit par l'opérateur, soit par le système de contrôle sécuritaire intégré à l'automate de commande.
Ce frein assure les arrêts qui ne sont pas affectés au frein de sécurité 2 ni à l'arrêt électrique.

Ce frein est systématiquement serré lorsque la vitesse de l'appareil est nulle dans l'objectif de maintenir l'appareil à l'arrêt (d’où son appellation "frein de parking").

Voici les principales causes d'entrée en fonction du frein de sécurité 1 :

  • Vitesse nulle : dans tous les cas, quelque soit le type d'arrêt
  • Défauts puissance : si un défaut se produit sur les armoires de puissance (coupure de traction, surcharge...)
  • Déclenchement de gabarits : (dans le cas d'appareils débrayables)
  • Ecarts tachy câble - tachy moteur : si les signaux des DT câble et DT moteurs ne sont pas compatibles


l'affectation des freine est bien entendu propre à chaque fabriquant d'équipement électrique mais doit obéir à une logique définie dans la réglementation.

en fonction du constructeur, le frein 1 peut avoir diverses formes et technologies (relevage électromagnétique, relevage hydraulique, utilisation d'un ressort, de rondelles élastiques, d'un contrepoids...).

Ce frein peut être soit placé directement sur la poulie motrice (cas de certains téléphériques ou de certaines gares "Multix" Poma), soit placé sur un disque de frein placé entre le moteur électrique et le réducteur, ce disque de frein faisant parfois également office de volant d'inertie.

en voici quelques exemples :
garaventa : effort de freinage fourni par ressort et relevage hydraulique
Image
Ce frein est en fait constitué de deux unités comme le premier schéma : cliquez ici pour le voir


Pomagalski : effort de freinage fourni par un empilement de rondelles élastiques et relevage électromagnétique
Image


Doppelmayr : effort de freinage fourni par ressort et relevage hydraulique
Image
Image Image


A l'instar du frein de sécurité 2 (appelé également frein d'urgence ou tout simplement frein de sécurité), le "FS1" n’est pas un composant de "haute sécurité". Sa défaillance n'entraînera pas un danger sur la remontée mécanique puisqu'en cas de non tombée du FS1 on aura un contrôle décélération qui fera tomber le frein 2.

 

Le nombre de freins

Le nombre de frein de service (FS1) et de frein de sécurité (FS2) est très variable et dépend de l’appareil, de sa ligne, de son type, de la conception des organes. On aura comme précisé par ailleurs au minimum un FS1 et un FS2, ensuite on peut multiplier les freins, 1, 2, 3, 4 FS1, idem avec le FS2. Cela dépend égalaient de la conception des freins, s’ils permettent de freiner avec un fort couple ou pas…

 

Non cumul

Le non cumul a été un des chevaux de bataille en France. Il s’agit d’un concept très important qui interdisait l’utilisation de plusieurs arrêts en même temps en définissant des priorités dans les freins.
L’arrêt par frein 2 sera toujours prioritaire sur tous les autres arrêts, prioritaire sur l’arrêt frein 1 et prioritaire sur l’arrêt électrique.

Lors d’un arrêt frein 1, si un arrêt frein 2 est déclenché soit par l’opérateur soir par la chaîne de traitement, le frein 1 se relève et le frein 2 tombe simultanément ce qui fait qu’à aucun moment le FS1 et le FS2 freinent en même temps (ce qui occasionnerait une décélération trop importante).
Ensuite, logiquement, lorsque la vitesse nulle est atteinte, le frein 1 tombe (le frein 2 reste serré). L’arrêt est le seul cas ou on peut cumuler les freins.

Lors d’un arrêt électrique, si un arrêt frein 1 est déclenché, on arrête l’arrêt électrique (c'est-à-dire que l’on coupera la traction) et on fait tomber le frein 1. on se retrouve ainsi dans les règles de non cumul précédent si jamais on tape un frein 2 pendant ce temps, il en est de même lors d’une demande directe d’arrêt frein 2, le résultat est une coupure de la traction (= interruption de l’AE)

Les causes de cumul sont nombreuses, la plus fréquente est le contrôle décélération (ou plus communément appelé contrôle gamma).
Lors de tout arrêt (hormis lors d’un arrêt sur inertie qui est une simple coupure de traction), l’automate contrôle en permanence la décélération de la ligne, si celle-ci n’est pas suffisante (exemple, une ligne chargée intégralement sur le brin de descente), un arrêt frein 2 sera déclenché et donc cela mettra fin à l’arrêt électrique.

L’anti cumul semble être de plus en plus remis en question récemment, les installations conçues en respectant ce principe de base le restant bien entendu.
Les appareils récents sont d'ailleurs conçus pour permettre les cumuls de freinage en ligne même si les temps d'arrêt sont largement hors tolérance. Pour exemple, un TSD6 lancé à 5m/s peut freiner jusqu'à l'arrêt en moins de 3 secondes en cas de cumul de frein soit une décélération moyenne de 1,7 m/s².

 

Centrales hydrauliques

Pour les freins à relevage hydraulique, la pression hydraulique nécessaire est obtenue grâce à une centrale hydraulique dite « centrale de freins ».
Une centrale de frein est composée d’un réservoir d’huile, d’une ou de plusieurs pompes (électriques ou manuelles), d’électrovannes et vannes manuelles, de clapets anti retour, de limiteurs et régulateurs de pression… le tout permet d’envoyer de la pression dans le vérin du frein à relevage hydraulique mais également de faire chuter rapidement cette pression par un retour direct à la bâche.
Les pressions de travail dans une centrale de freins peuvent atteindre 200 bars voir plus.
Lorsque les freins 1 et 2 sont tous deux hydrauliques, leur commande est indépendante (la réglementation l’impose) et leur gestion dans la centrale l’est également.

Image


les électrovannes (également appelés distributeurs) permettent de maintenir la pression dans le frein.
classiquement, une électrovanne non proportionnelle (donc tout ou rien) possède deux positions.
Une position dans laquelle elle maintient une partie du circuit en pression, et une autre position ou elle permet le retour au réservoir de l'huile hydraulique.
le mouvement du chariot permettant ces deux positions est créé par un électroaimant et le retour à la position de repos à l'aide d'un ressort.
En l'absence d'énergie électrique, l'électrovanne est dans une position de repos qui en général est le retour au réservoir.
voici une électrovanne 3/2 normalement fermée à pilotage électrique et manuel schématisée dans les deux positions :
Image

Image


Les électrovannes principales de pilotage du frein sont redondantes, c'est à dire doublées. la défaillance d'une des deux électrovannes provoque une chute de pression dans le frein et donc sa fermeture.
Pour que la pression soit maintenue dans le frein, il faut que les deux électrovannes soient actives simultanément.

Une centrale de frein dispose d'une pompe manuelle permettant d'ouvrir le frein en cas d'absence d'alimentation du moteur de la pompe. Elle dispose également d'un ou plusieurs accumulateurs permettant de stocker de la pression afin d'avoir une ouverture des freins plus rapide.
D'autres composant sont présents également dans ce genre de centrale mais nous ne les évoquerons pas.

Dernière révision le 22/04/2017 - 14:36