| Résumé | De fortes charges, une lubrification minimale et un environnement hostile sont les conditions caractéristiques dans lesquelles sont exploités les paliers de moteurs de traction. Malgré une surveillance et un entretien rigoureux, les paliers sont trop souvent défaillants et ces problèmes sont la plupart du temps causés par une panne du système de lubrification. Le présent projet visait donc à améliorer la sûreté d’exploitation des paliers de moteurs de traction, et, partant, la sûreté des trains. On espérait plus précisément trouver un matériau composite qui pourrait non seulement fonctionner adéquatement lorsque bien lubrifié, mais aussi offrir une certaine marge de sécurité en cas de lubrification insuffisante.
Les nouveaux matériaux composites sont normalement constitués d’une matrice thermoplastique et d’un lubrifiant solide en fibres qui allie robustesse et résistance au fluage. Divers matériaux composites ont été évalués à l’aide d’un tribomètre à bloc et à anneau standard de Falex, conformément à la norme ASTM G77 (Standard Practice for Ranking Resistance of Materials to Sliding Wear Using Block-on-Ring Wear Test). Des six matériaux testés, le Vespel® SP214X, une résine polyimide additionnée d’une charge de graphite, de PTFE et/ou de disulfure de molybdène, a été retenu pour les essais en vraie grandeur. Ce matériau est fabriqué par DuPont de Nemours.
L’essai en vraie grandeur a été mené à l’aide d’une installation mise au point par le Conseil national de recherches du Canada. Cette installation pouvait mettre à l’essai un palier en vraie grandeur sous une charge maximale de 41 000 Ib., à des vitesses pouvant atteindre 600 tr/min. L’instrumentation comportait 14 thermocouples pour la surveillance de la température du palier, des détecteurs de proximité à courant de Foucault, et un transducteur de force enregistrant les fluctuations du couple de frottement. Un palier à garniture en régule a aussi été mis à l’essai dans une vaste gamme de conditions d’exploitation. Ces essais ont permis de valider l’installation d’essai et d’obtenir des données de référence pour l’évaluation du palier à garniture de Vespel®.
Les premiers paliers de moteur de traction nouveaux étaient fabriqués à partir d’anneaux de Vespel® de 1,25 po de largeur. Le dernier palier essayé était constitué d’un seul cylindre du même matériau. Le procédé de fabrication des paliers comportait une procédure complexe de liaison du matériau composite au support en laiton.
Les essais réalisés sur des paliers à garniture de Vespel® ont échoué, même en présence de lubrifiant. La charge maximale acceptée était de 15 000 Ib., à une vitesse de 106 tr/min. Pour tous les paliers mis à l’essai, les chercheurs ont enregistré des vibrations dues au frottement et des dommages à la surface du palier, et, ultimement, le grippage du palier sur l’axe. Les changements apportés à la procédure de liaison et au jeu palier-axe n’ont pas amélioré la situation. Au total, quatre paliers ont été essayés.
Les chercheurs ont évoqué les piètres propriétés thermiques du matériau comme cause la plus probable des défaillances du palier : cette lacune faisait en sorte que la forte chaleur produite dans le palier demeurait emprisonnée. Il en résultait une baisse de viscosité de l’huile lubrifiante et la dilatation thermique du palier, d’où le grippage. |
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