Siemens Combino

Bertrandt collabore à l’optimisation du tramway modulaire «Combino»

Pourquoi une optimisation ?
En 1998, Siemens Transportation Systems lançait avec le « Combino » son premier modèle de tramway modulaire à plancher bas intégral. Le développement a été effectué à l’époque sur la base des contraintes figurant au cahier des charges et dans le respect de la norme allemande en vigueur pour ce type de matériel roulant. Or, on a constaté dans les années qui ont suivi que le roulement sur les rails générait des contraintes bien supérieures aux évaluations préliminaires – avec pour résultat une usure prématurée des caisses. Les experts de Siemens ont donc repris le dossier en main et élaboré dès l’automne 2003 une solution sur deux volets. La requalification passerait dans un premier temps par le délestage des rames de façon à réduire les charges excessives subies et dans un deuxième temps par une remise à niveau des caisses afin de renforcer leur structure.

Phase de requalification 1 : rééquilibrer les rames
Le but de ce rééquilibrage était de réduire les contraintes transmises aux caisses afin de ralentir l’usure du matériel et de sécuriser l’exploitation – et il fallait faire vite. L’installation de paliers antiroulis et le montage d’amortisseurs de charge dans la zone intercaisse ont constitué deux des premières mesures engagées afin de réduire efficacement les contraintes de déformation.

Phase de requalification 2 : renforcer les caisses Études et simulation
La deuxième phase de requalification s’est concentrée sur la structure des caisses. Les solutions adoptées lors de la première phase ont été complétées par un amortissement des contraintes en rotation subies par le châssis. L’absorption de ces charges a permis de réduire les forces appliquées aux essieux lors du roulage et de diviser par deux les pics de contraintes subis par les caisses.

Les profilés extrudés étaient assemblés à l’origine par des équerres vissées qui s’étaient avérées l’un des maillons faibles des voitures. La deuxième phase de requalification avait donc pour principal objectif le remplacement de ces équerres. La complexité du travail de développement a nécessité la collaboration de l’équipe de simulation Bertrandt de la filiale de Cologne.

L’échéancier à tenir était serré. Les ingénieurs Bertrandt ont donc travaillé directement au centre de développement Siemens, ce qui a facilité la collaboration avec les Études de Siemens et accéléré l’application des solutions calculées par Bertrandt pour éviter que les pièces ne subissent des pics de contraintes. Les simulations effectuées par Bertrandt ont représenté l’un des points clés du travail de développement. Il fallait renforcer les caisses sans modifier ni leur poids, ni leur design ni leurs techniques de fonctionnement. Leur rigidité en torsion ne devait pas non plus augmenter sous peine d’entraîner une augmentation des contraintes torsionnelles.

  
Les portiques d’extrémité renforcés apportent un allégement supplémentaire
La solution adoptée fait appel à des pièces tôlées, extrudées, moulées et forgées. L’assemblage aux éléments de structure existants se fait par soudage et vissage. Les portiques d’extrémité reçoivent un renfort soudé sur toutes les voitures. Cette solution élégante fait plus qu’accroître la résistance de l’un des éléments structurels les plus chargés : elle représente un gain de poids comparée à la solution d’origine. L’angle supérieur du portique est également doublé par un renfort soudé.

Des cornières doubles parent à la fatigue du matériel
Par ailleurs, les équerres vissées dans les zones de liaison entre les montants de porte ou de baie et la ceinture supérieure de caisse étaient à remplacer par des éléments plus résistants. La solution préconisée par Bertrandt consiste en une cornière double et correspond en fait à un allongement des montants : ils prennent ainsi sur un plan plus élevé de la ceinture de caisse, là où le matériau n’a pas été endommagé. Autre avantage : le vitrage comme les portières ne sont aucunement remis en cause par cette solution et leurs angles ne constituent pas un problème. Le renfort est constitué d’une pièce forgée en aluminium : il est vissé à la ceinture de caisse et soudé au montant de porte ou de baie.

Résistances combinées pour le contrôle de durabilité

Les calculs puis les tests visant à déterminer la résistance à la fatigue et la résistance aux contraintes d’exploitation ont été conçus et réalisés en combinant les deux indicateurs afin de démontrer la durabilité des solutions de requalification adoptées.

Conclusion
Bertrandt a élargi son spectre de compétences en appliquant son savoir-faire en matière de simulation au secteur du matériel roulant. Les deux années de collaboration entre Bertrandt et Siemens Transportation Systems ont porté leurs fruits : les premières rames de tramway intégralement remises à niveau ont pu reprendre leurs dessertes en été 2005.