L’aiguillage d’une capsule lors d’un embranchement dans l’Urbanloop

Auteur : Sahut Pauline

Tuteur : Fontaine Pascal

L’aiguillage d’une capsule lors d’un embranchement dans l’Urbanloop

 

Introduction

 

     L'objectif de cette étude est de proposer une modélisation d'un système d'aiguillage permettant à plusieurs capsules arrivant successivement, et avec un fort débit, d'être aiguillées en toute sécurité. Pour cela, dans la modélisation proposée, aucun élément de la structure (rail, intersection) n'est mobile. La seule partie mobile de ce système est une tige guide qui traverse latéralement la capsule et contient l'information de la direction (droite ou gauche). La position de cette tige guide est transmise en amont du franchissement de l'intersection par un système électromécanique (partie non traitée ici). Afin d’aiguiller la capsule, notre choix s’est porté sur une glissière latérale et une forme particulière de roues. Le développement qui suit présente cette solution qui reste encore à valider expérimentalement.

 

Les roues

 

     La capsule se déplace sur quatre roues liées deux à deux. Chacune est constituée d’une partie métallique et d’une partie pneumatique (figure 1). La partie métallique est un cylindre externe de diamètre  16 cm et de largeur 7 cm. Sa fonction est de supporter la capsule sur les rails le long du circuit, hors aiguillage. Les roues métalliques, protégées d’un revêtement en caoutchouc afin de réduire les nuisances sonores, sont en contact direct avec le rail, tant qu’il est présent. La partie interne de chaque roue est un pneu de diamètre 20 cm et de largeur 8 cm, soit deux fois la largeur d’un pneu de vélo. Les pneus ne touchent pas le sol sur la majorité du circuit en raison des 8 cm de hauteur des rails. Lors d’un embranchement, le rail disparait, laissant place à une surface plane. Les pneus, alors aux rayons plus larges que ceux des roues métalliques, prennent le relais pour transporter la voiture. La différence de rayon (10cm contre 8cm pour la roue métallique) permet de réduire les variations de vitesse lors du changement de roue. En effet, une roue avec un plus grand rayon roule plus vite qu’une petite. Pour compenser l’accélération dans les virages, due à une plus grande roue, le moteur pourra tourner moins vite dans les intersections. À l’image des roues de train, les pneus permettent également à la capsule de se maintenir sur les rails pendant les virages. La force centrifuge y est particulièrement forte et ce maintien latéral empêche la capsule de basculer.

Figure 1 : Photo CATIA des roues avec partie métallique (orange) et pneu (bleue)
Figure 1 : Photo CATIA des roues avec partie métallique (orange) et pneu (bleue)

 

La barre transversale

 

     Le principe de fonctionnement de l’aiguillage est plutôt simple. La capsule est large de 80 cm. Elle est traversée par une barre de diamètre 3 cm et de longueur 90 cm, soit presque aussi large que le diamètre total interne du tube de circulation (1m). Cette barre se termine de part et d’autre par un palet de 9 cm de diamètre et de 3 cm de large. La forme de l’embout choisi n’est pas encore définitive. Un ensemble de deux petites roues sur un axe vertical remplaçant le palet, peut par exemple être aussi envisagé dans la glissière afin de limiter les frottements et donc l’usure. C’est la barre transversale qui détermine la direction suivie par la capsule. La barre est en liaison pivot-glissant avec la capsule, c'est-à-dire qu’elle ne peut tourner que sur elle-même et translater le long de son axe principal. De plus, afin de prévenir une erreur d’aiguillage, la barre ne peut osciller qu’entre deux positions d’équilibre commandées par un électroaimant : soit le palet gauche est sorti au maximum, soit c’est le droit. La position par défaut, maintenue par un ressort, est celle où le palet gauche est sorti au maximum. En effet, cela correspond au sens de déplacement sur la boucle principale, car le plus souvent les stations sont sur la droite.

Figure 2 : image CATIA de l’accrochage de la capsule au guide latéral
Figure 2 : image CATIA de l’accrochage de la capsule au guide latéral

 

Figure 3 : image CATIA du contact roue rail lors de l’aiguillage.  La partie métallique (orange) est en appui sur le rail, le pneu (bleu) touche progressivement le sol
Figure 3 : image CATIA du contact roue rail lors de l’aiguillage.  La partie métallique (orange) est en appui sur le rail, le pneu (bleu) touche progressivement le sol

 

     Une capsule à l’arrêt dans une station a son palet droit inséré dans la glissière. Elle démarre alors et roule sur ses pneus jusqu’à la bretelle de sortie. Le palet guide la capsule jusqu’à la boucle principale. Une fois dans le circuit, les rails réapparaissent puis la glissière se termine.

     Un embranchement classique est représenté sur la figure 4. Les capsules 1 et 3 vont tout droit, leur barre latérale est positionnée sur la gauche. La capsule 2 tourne à droite, son palet droit rentre dans la glissière correspondante. Enfin, la capsule 0 est en attente dans une station. Sa barre est déployée à droite. Le processus de sa réintégration entre deux capsules dans le circuit sera prévu ultérieurement. L’ensemble des solutions techniques présentées ici peuvent encore être débattues notamment après une vérification expérimentale de la faisabilité et de la réussite du dispositif.

Figure 4 : schéma d’un embranchement avec les capsules en rose, les barres transversales en vert et les glissières en bleu.
Figure 4 : schéma d’un embranchement avec les capsules en rose, les barres transversales en vert et les glissières en bleu.

 

Explication imagée du principe de fonctionnement

 

     En résumé, le système d’aiguillage peut se présenter comme ce qui suit :

phase 1Phase 1, la capsule roule sur le rail, les roues métalliques supportent la capsule.

 

 

 

 

 

 

phase 2Phase 2,  la tige guide se positionne à droite ou à gauche durant le trajet avant d’arriver à l’intersection. Elle sort du côté où elle tourne: à gauche, si la capsule va à gauche, à droite sinon. 

 

 

 

 

 

 

phase 3Phase 3, la tige guide s’insère dans la glissière latérale. Une forme d'entonnoir à l'embouchure permet au palet de se placer en toute sécurité. 

 

 

 

 

 

phase 4Phase 4, la capsule prend appui sur les roues internes de plus grand diamètre grâce à l’effacement progressif du rail. Le sol sur lequel se déplace alors la capsule est plat. Pour simplifier, une seule glissière est représentée sur l'image ci-contre. 

 

 

 

phase 5Phase 5, la capsule roule sur une surface plane permettant les intersections. 

 

 

 

 

 

 

phase 6 Phase 6, durant l’intersection, la trajectoire de la capsule est donnée par le guide latéral. L'image ci-contre n'est que indicatrice, les distances et les angles ne sont pas à l'échelle. 

 

 

 

phase 6 bisPhase 6 bis, la capsule vue du dessus est guidée à sa gauche si elle reste sur la boucle principale. Ici, comme la barre est sortie sur sa droite, la capsule tourne à droite, en direction d'une station.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

phase 7Phase 7, la capsule reprend son appui sur les rails. Ce sont à nouveau les roues métalliques qui supportent la capsule. 

 

 

 

 

phase 8Phase 8, une fois la capsule bien placée et équilibrée sur les rails, la tige guide est inutile pour guider la capsule, la glissière disparaît, libérant la tige guide. 

 

 

 

 

 

phase 9Phase 9, la capsule a franchi l’intersection, elle se déplace à nouveau sur les rails.