frotteur

Un frotteur est la pièce d'usure d'un système de captation de courant par troisième rail sur les chemins de fer électriques. C'est un bloc de carbone ou de matériau composite qui glisse en contact avec le rail sous tension, prélevant le courant électrique de ce rail pour alimenter les moteurs de traction et les auxiliaires du train. Le frotteur est maintenu en place par une poutre ou un étrier de frotteur et maintient une pression constante contre le rail grâce à des ressorts ou des bras lestés, exerçant généralement une force de 50 à 150 livres, selon la conception du système et la vitesse du train.

Le frotteur se compose d'une face de contact (généralement en carbone imprégné, en composite de résine ou parfois en alliage de cuivre) collée à une plaque de support en acier ou en aluminium. Au fur et à mesure que le train se déplace, cette surface de contact s'use progressivement ; des frotteurs bien conçus peuvent offrir des performances acceptables sur 100 000 à 300 000 miles de trajet avant qu'un remplacement ne soit nécessaire. Le taux d'usure dépend fortement de l'état du rail, de l'intensité du courant, de la vitesse et de l'alignement entre le frotteur et le rail.

Modes de défaillance courants et problèmes de maintenance

L'arc électrique se produit lorsque la pression de contact diminue, que la surface du rail devient corrodée ou contaminée, ou lorsque le frotteur bascule d'un côté à l'autre au lieu de maintenir un contact plat. Un arc électrique sévère peut faire fondre ou piquer le frotteur et le rail, forçant le remplacement de l'un ou des deux. Une usure rapide se produit si le matériau du frotteur est trop mou ou trop dur pour l'alliage de rail spécifique, ou si la saleté accumulée et les résidus de sel agissent comme un abrasif. Le soulèvement du frotteur, où le frotteur rebondit loin du rail à grande vitesse, provoque une perte de puissance intermittente et des transitoires de tension dangereux.

Le terme « frotteur » vient de l'analogie avec la chaussure : le composant est situé sous le train et entre en contact avec le sol (dans ce cas, le rail). Cela contraste avec les systèmes de pantographes utilisés sur les lignes caténaires aériennes, qui s'étendent vers le haut. Les systèmes à troisième rail avec frotteurs sont courants dans les réseaux de transport rapide urbain, en particulier dans les systèmes européens et nord-américains plus anciens, car le rail est au niveau du quai et ne nécessite pas de structures aériennes.

Une sélection appropriée du frotteur nécessite d'adapter la dureté du matériau de contact à la composition de l'acier du rail, de s'assurer que la géométrie de la poutre du frotteur maintient une pression de contact uniforme sur toute la largeur du frotteur, et de planifier le remplacement avant que l'usure ne crée des espaces ou un mouvement de basculement. Les équipes d'entretien des voies surveillent l'état de la surface du rail, car l'oxydation, les embruns salins et l'accumulation de graisse dégradent tous la qualité du contact électrique et accélèrent la détérioration du frotteur.