Procédé de contrôle des rails d'une voie ferrée et dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé de contrôle des rails d'une voie ferrée à partir d'une voiture d'inspection, dans lequel on fait passer un courant de contrôle le long du rail et on mesure le champ magné tique.
Dans les procédés de ce type, le courant est injecté dans le rail par des balais en contact avec celui-ci, ce qui entraîne différents inconvénients tels que usure rapide des balais, nécessité de soulever les balais lorsqu'on passe des croisements, contact frottant avec la surface du rail d'où formation d'un signal bruit élevé, nécessité d'utiliser de l'eau, d'où charge supplémentaire pour l'opérateur.
Le procédé selon l'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients.
Il est caractérisé en ce qu'on injecte le courant dans le rail en le faisant passer à travers au moins deux roues de la voiture.
L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui est caractérisé en ce qu'il est constitué par une voiture d'inspection portant au moins une installation comprenant une première roue à boudin destinée à rouler sur le rail et à supporter une partie du poids de la voiture, cette roue constituant un contact électrique roulant avec le rail, une seconde roue à boudin destinée à rouler sur le rail et à supporter une autre partie du poids de la voiture, cette seconde roue constituant un second contact électrique avec le rail,
lesdites roues étant espacées l'une de l'autre de façon à délimiter un segment du rail entre elles, un générateur de courant monté sur la voiture, relié électriquement aux roues et constituant un circuit électrique comprenant ledit segment de rail, ce générateur faisant circuler un courant électrique le long dudit segment de rail, et des moyens montés entre les roues pour capter le champ magnétique produit par le courant circulant le long du rail. Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif La fig. 1 est une vue schématique illustrant le fonc tionnement du dispositif.
La fig. 2 est une vue d'extrémité d'un dispositif à balais.
La fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en perspective d'un balai. L'un des procédés les mieux connus et les plus com munément utilisés pour le contrôle des rails de voies ferrées est le procédé de contrôle par induction. Au cours de ce procédé de contrôle, une voiture de détec tion spécialement équipée se déplace le long de la voie et envoie un courant continu intense à travers chacun des rails. Ce courant peut atteindre 4500 ampères. Le passage d'un courant intense à travers un tronçon de rail engendre un champ magnétique autour de ce rail. Si le rail est parfaitement uniforme, le champ magnéti que est constant sur toute la longueur du rail.
Toute fois, si le rail présente un défaut, la section droite de la partie conductrice de l'électricité est réduite à cet en droit. Ceci est dû au fait que les faibles tensions utilisées lors du contrôle par induction ne permettent pas au courant de franchir l'intervalle correspondant à cette solution de continuité. Le courant est refoulé dans les parties saines du rail afin de contourner la partie défec tueuse et se diffuse de nouveau après avoir dépassé ce point critique.
Le changement de direction et de densité du cou rant lorsqu'il contourne la partie défectueuse s'accompa- gne d'une modification correspondante de la direction de la position du champ magnétique autour de cette partie défectueuse. Etant donné que le champ magné tique est toujours perpendiculaire à l'axe du trajet suivi par le courant, la déviation du courant transversalement au rail au droit du défaut considéré provoque un dépla cement quantitativement égal du champ magnétique et des lignes de force.
La présence d'un défaut interne dans le rail, qui pro voque une déformation du champ magnétique, est détec tée au moyen d'un système de bobines déplacé à travers le champ magnétique engendré, à une vitesse donnée et à une distance fixe au-dessus du rail.
Lorsque ces bobi nes coupent les lignes de force d'un champ magnétique déformé, elles produisent des .signaux électriques qui sont amplifiés et utilisés pour actionner des appareils d'enre gistrement, des appareils d'avertissement et d'autres indicateurs convenables.
Dans les voitures de détection utilisées actuellement pour le contrôle des rails de la plus grande partie des voies ferrées, trois jeux de balais et deux générateurs sont utilisés pour introduire le courant dans chaque rail.
Un chariot porte-balais principal est monté au-dessus<B>de</B> chaque rail et est étudié de telle sorte qu'il puisse âtre abaissé pour venir en contact avec le rail en vue du contrôle. Les balais qui introduisent réellement le cou rant dans le rail sont en bronze ou en acier et sont divi sés en un jeu avant et un jeu arrière,
les centres de ces jeux de balais étant écartés environ de 90 cm. Les balais individuels sont soumis à une sollicitation élastique afin de fournir une pression de contact uniforme et ils sont inclinés en sens apposé à la direction de déplacement de la voiture, afin d'empêcher leur pénétration dans les défauts, les joints entre les rails,
les coeurs <B>de</B> croisement, les contacteurs, etc. Etant donné que la pression maxi mum entre les balais et le rail doit être limitée afin d'em pêcher une friction et une usure excessives des balais, de l'eau est appliquée sur la surface du rail, afin d'amé liorer le contact électrique.
Un générateur homopolaire est monté entre les jeux de balais avant et arrière et engendre un courant continu à basse tension, qui pénè tre dans le jeu arrière et qui est repris par le jeu avant. Ce courant peut atteindre par exemple 3000 ampères. Le dispositif détecteur, qui comprend les bobines, est disposé entre les deux jeux de balais.
Quand un nouveau rail est posé sur la voie, il est usuel d'utiliser des dispositifs de levage magnétiques pour le levage et la mise en place de ce rail. Celui-ci conserve alors des champs magnétiques résiduels, qui peuvent persister pendant plusieurs années après la pose.
Ces champs fourniraient des indications erronées pendant un contrôle par induction si aucune mesure n'était prise pour supprimer leur effet. En conséquence, dans une voiture de contrôle par induction classique, un troisième jeu de balais est prévu, environ 9 mètres en avant du jeu de balais antérieur, et prend appui sur cha que rail.
Le troisième jeu de balais est agencé d'une façon analogue à celle des deux jeux principaux. Un générateur associé à ce troisième jeu est alors monté entre celui-ci et le jeu de balais arrière. Un courant de prémagnétisation provenant de ce générateur associé au troisième jeu passe du jeu arrière vers ce troisième jeu. On voit par suite que deux générateurs et trois jeux de balais sont nécessaires.
Au cours d'un contrôle effectué selon la technique antérieure, le générateur homopolaire peut produire un courant continu de 3000 ampères. Un courant continu additionnel de 400 ampères est produit par le générateur associé au troisième jeu de balais. En conséquence, la portion de rail d'une longueur de 90 cm comprise entre les deux jeux de balais principaux trans- met un courant de 4500 ampères,
tandis que la portion de rail d'une longueur de 9 mètres comprise entre le troisième jeu et le jeu principal avant transmet un cou rant de 1500 ampères. Ces 1500 ampères traversant le rail avant le contrôle par induction réel annulent le magnétisme résiduel -de ce rail et le préparent en vue d'un contrôle par induction.
L'appareillage de contrôle par induction décrit pré cédemment est utilisé avec succès aux Etats-Unis d'Amérique et dans un grand nombre de pays du monde depuis un certain nombre d'années. Toutefois, il pré sente certaines insuffisances auxquelles il serait désira- ble de remédier.
Par exemple, deux générateurs diffé rents et trois jeux de balais sont nécessaires, alors qu'un seul générateur et deux jeux de balais suffisent pour le contrôle par induction réel. Les balais sont soumis à une usure rapide étant donné qu'ils doivent être utilisés sur tous les types de ,surfaces rencontrés sur les rails.
Les surfaces des rails peuvent par exemple être rouillées et peuvent présenter des défauts superficiels, tels que des arêtes ou protubérances des points de calcination par les moteurs, qui provoquent une usure rapide des balais. Etant donné que les balais .sont inclinés, le contrôle ne peut âtre effectué que dans un seul sens .de marche. Par ailleurs, les balais doivent être soulevés quand on passe sur des coeurs de croisement, des contacteurs et des points analogues.
Avec les dimensions indiquées ci- avant, cela signifie qu'un tronçon de rail représentant de 12 à 18 mètres est laissé sans contrôle à chaque croi sement. Certains états exigent qu'un contrôle à la main coûteux soit effectué dans ces zones, et l'un d'eux au moins exige que ce contrôle soit effectué tous les 90 jours. Un autre inconvénient réside dans le fait que les balais réalisent un contact par friction ou glissement avec la surface du rail.
En conséquence, un bruit de surface considérable est engendré, de sorte que le rap port signal/bruit est inférieur à la valeur qui serait désirable. Par ailleurs, les balais tendent à provoquer de façon continue une fermeture et une ouverture du contact, de sorte que les champs .magnétiques engendrés par eux sont irréguliers. L'utilisation d'eau correspond à une tâche supplémentaire pour l'opérateur et introduit une autre variable au cours du contrôle.
Dans une forme d'exécution, on réalise le contrôle par induction en faisant passer un courant de contrôle dans le rail au moyen des roues de la voiture de con- trôle. Si l'on rappelle que les courants nécessaires au contrôle des rails par induction sont de l'ordre de 3000 à 4500 ampères et qu'une roue circulaire de véhicule ferroviaire établit un contact sensiblement linéaire avec un rail rectiligne,
on conçoit que la technique décrite s'écarte nettement de toutes les techniques antérieures de contrôle des rails par induction. La nature remarqua ble de cette technique devient mieux apparente si l'on considère que les courants de démarrage momentanés engendrés dans le cas des tramways et des véhicules interurbains de transport en commun sont d'environ 200 ampères.
Suivant une forme d'exécution des cou rants qui sont de quinze à vingt fois plus intenses sont acheminés de façon continue pendant une longue période de contrôle.
On a représenté sur la fig. 1 les roues 10 et 12 d'une voiture d'inspection C montée sur un châssis T. Le côté positif d'un générateur à courant continu 14 est connecté par un conducteur d'alimentation 16 à un système de balais 18 en contact avec l'essieu de la roue 10. Un conducteur de retour 20 s'étend entre un système de balais 22 associé à l'essieu de la roue 12 et le côté néga tif du générateur 14. On remarquera que le courant par vient depuis le générateur 14 à la roue 10, puis passe de cette roue 10 à travers le rail 24, et revient au géné rateur par la roue 12 et le conducteur de retour 20.
On comprendra bien entendu que chaque essieu comprend une partie centrale isolante, empêchant le passage du courant entre les roues placées à ses extrémités oppo sées. Un dispositif détecteur 26 du type classique, qui comprend les bobines de lecture ou de détection men tionnées précédemment, est monté sur un chariot 28 de façon à se déplacer le long du rail à une distance fixe de celui-ci, entre les roues 10 et 12.
Les bobines du dispositif détecteur 26 sont connectées par des conduc teurs (non représentés) à des circuits indicateurs classi ques. Entre la roue 10 et le dispositif détecteur 26, il est prévu une roue auxiliaire 30 d'alimentation en cou rant, qui est connectée par un conducteur d'alimentation auxiliaire 32 au conducteur d'alimentation 16 à travers une résistance 34. Une roue auxiliaire analogue 36 est connectée par un conducteur de retour auxiliaire 38 au conducteur de retour 20 à travers une résistance 40.
La résistance 34 est réglée de façon à avoir la même valeur que la portion de rail comprise entre la roue 10 et la roue auxiliaire 30. La résistance 40 est de même réglée de façon à avoir la même valeur que la portion de rail comprise entre la roue auxiliaire 36 et la roue 12.
Quand on utilise une voiture classique de contrôle par induction, le poids exercé sur chaque roue 10, 12 est de 10 tonnes environ. Le poids limite au point de contact entre la roue et le rail réduit sensiblement au minimum les variations de résistance qui résultent de l'état de surface du rail. Pour cette raison, le bruit de surface du rail est maintenu à une valeur minimum, de sorte que le rapport signal/bruit est nettement amé lioré.
Un autre avantage résulte du fait que le contact électrique obtenu sous l'effet des pressions qui inter viennent est suffisamment bon pour que l'envoi d'eau sur le rail ne soit plus nécessaire. En outre, étant donné que les balais venant en contact avec le rail ont été supprimés, le contrôle peut être réalisé alors que la voi ture se déplace vers l'avant ou vers l'arrière, et étant donné qu'on utilise des roues à boudin classiques, le contrôle peut être poursuivi au droit des croisements, des contacteurs et des :points analogues, le long de la voie.
Le rôle des roues auxiliaires 30 et 36 est de rendre possible le contrôle au voisinage immédiat de l'extré mité d'un rail. De nombreux joints de rails correspon dent à une solution de continuité, de sorte que le cou rant ne peut pas passer d'un rail à l'autre, ce qui sou lève des difficultés lors du contrôle de la totalité de la longueur d'un rail. On supposera par exemple que la voiture représentée sur la fig. 1 se déplace de la gauche vers la droite et que la roue 10 passe au droit du joint entre deux extrémités de rails.
En l'absence de roues auxiliaires, le passage du courant cesse immédiatement. Sur un châssis normal, les roues 10, 12 sont écartées d'une distance égale à 195 cm environ. En conséquence, 97 cm environ ne sont pas contrôlés à chaque extrémité d'un rail. En utilisant des roues auxiliaires 30, 36, le passage du courant est simplement transféré de façon momentanée de la roue avant 10 à la roue auxiliaire 30,
de sorte que le contrôle se poursuit jusqu'à ce que cette roue auxiliaire 30 passe au droit du joint. Etant donné que les roues 30, 36 sont écartées de 90 cm, une Ion- gueur de rail correspondant à 45 cm demeure seule .non contrôlée à chaque extrémité d'un rail.
Comme expliqué précédemment, le contrôle par induction effectué jusqu'ici exige une prémagnétisation du rail avant l'opération de contrôle réelle. Des recher ches ont montré que cette induction préalable peut être supprimée. Ceci est dû au fait que le courant intense pénétrant dans le rail 24 provient d'une roue en acier 10.
En effet, la roue 10 est magnétisée et un champ magnétique intense est engendré au point de jonction rentre cette roue 10 et le rail 24. Etant donné que la. roue 10 roule le long de la surface du rail, l'effet pro duit est similaire à celui obtenu en plaçant un aimant puissant contre la surface du rail et en le faisant glisser le long de celui-ci en avant du dispositif détecteur 26.
Ce champ magnétique annule efficacement tout magné tisme résiduel qui aurait pu demeurer le long d'un rail, de sorte qu'un dispositif d'excitation préalable spécial n'est plus nécessaire.
Bien que plusieurs procédés puissent être utilisés pour introduire les courants nécessaires dans les roues, un agencement donnant satisfaction est représenté sur les fig. 2, 3 et 4.
Ces figures montrent le mode d'intro- duction .du courant dans un essieu à tourillons. Des modifications convenables peuvent être nécessaires pour introduire le courant dans un essieu du type à paliers de roulement. Dans le cas présent, un essieu 42 est, comme montré disposé à l'intérieur d'une boîte d'essieu 44 qui comprend un palier 46 et un garnissage imprégné d'huile 48.
L'extrémité 50 de l'essieu 42 est métallisée avec un métal conducteur .tel que le cuivre. Un .trou 52 percé dans l'extrémité de l'essieu 42 est :taraudé de façon à supporter un moyeu 54 au moyen d'un goujon fileté 55. Un palier 56, qui comprend des roulements à billes 58, est monté sur :le moyeu 54 et est fixé en place au moyen d'un écrou 60.
Un support de retenue des balais comportant un cylindre intérieur 62 et un cylindre exté rieur 64 reliés l'un à .l'autre par des parois radiales 66 est monté à poste fixe par rapport à la boîte d'essieu 44 sur le pallier 56. L'extrémité interne du cylindre exté rieur 64 est munie d'un joint d'étanchéité circulaire 66, afin d'empêcher l'huile et la graisse qui se trouvent dans la boîte d'essieu de parvenir aux balais. L'extrémité externe du cylindre extérieur 64 est munie d'une bride annulaire 70.
Plusieurs éléments de support cunéiformes 72 sont fixés sur la bride 70 au moyen de boulons 74 et s'étendent radialement vers l'intérieur en direction du prolongement de l'axe de l'essieu 42. Chacun des élé- ments de support 72 porte un cylindre pneumatique 76, qui s'étend axialement vers l'intérieur parallèlement au prolongement de l'axe de l'essieu 42 et qui comprend un trou 76' d'échappement d'air à son extrémité interne.
Un collecteur d'air 78 prévu dans la bride 70 commu- mque par des canaux convenables 79 avec chacun des cylindres pneumatiques 76. Ce collecteur 78 .est alimenté en air par un conduit d'alimentation 80. Chacun des cylindres pneumatiques 76 renferme un court piston 82 muni d'un trou formant évent 82'.
Une tige de piston 84 de petit diamètre, fixée sur chaque piston 82, s'étend à travers un orifice prévu dans l'extrémité interne du cylin dre 76 et comprend un collet 86 qui vient buter contre l'extrémité du cylindre afin de limiter la course de cette tige 84 et du piston 82 vers l'intérieur de ce cylindre. Un ressort de compression 88 entoure la tige de piston 84 et s'étend entre le piston 82 et l'extrémité interne du cylindre 76. Le ressort 88 tend donc à maintenir le pis ton 82 dans une position d'effacement à l'intérieur du cylindre 76.
L'extrémité de la tige de piston 84 qui s'étend au-delà du collet 86 comprend une partie décol letée 90 se terminant par une tête aplatie 92.
Un balai 94 (par exemple en graphite et en métal) est représenté sur la fig. 4. Chaque balai a une section droite cunéiforme et est dimensionné de telle sorte qu'il puisse coulisser librement dans l'espace ménagé dans le support de retenue par le cylindre intérieur 62, le cylin dre extérieur 64 et deux parois voisines 66. La surface interne plane 94a de chaque balai peut prendre appui contre la surface métallisée de l'extrémité 50 de l'essieu 42.
Plusieurs conducteurs en cuivre tressés 96 s'étendent à partir de la face externe plate 94b de chaque balai 94. Les côtés inclinés de chaque balai 94 sont également entaillés comme montré sur la fig. 4 pour recevoir les extrémités d'une pince métallique 98 en forme de U.
Les extrémités de la pince 98 sont fixées dans les cavi tés du balai 94 au moyen d'axes 100, de :telle sorte que la branche transversale de la pince soit parallèle à la surface 94b tout en demeurant écartée de cette surface. Cette branche transversale présente également une fente 102 qui s'étend partiellement sur la largeur de la pince 98 et qui est suffisamment large pour pouvoir s'adapter sur la partie décolletée 90 de la tige de piston, mais qui est suffisamment petite pour retenir la tête aplatie 92.
Les conducteurs tressés 96 partant de la moitié des balais 94 sont connectés à une plaque porte-bornes droite 104 et les conducteurs partant de l'autre moi tié des balais 94 sont connectés à une plaque porte bornes gauche 106. Les deux plaques sont connectées de la manière usuelle à un côté du générateur 14.
Quand il est désirable de réaliser un contrôle, de l'air sous pression est introduit dans le collecteur 78 par le conduit d'alimentation 80. A partir de ce collecteur, la pression d'air est exercée, à travers les canaux 79, dans chacun des cylindres 76, de façon à repousser le piston correspondant 82 et la tige de piston 84 vers l'extérieur en antagonisme à la force .du ressort 88. La tête aplatie 92 prend appui contre le balai 94 et l'appli que contre l'extrémité de l'essieu 42 afin de compléter le circuit.
En même temps, un courant d'air sous pres sion s'écoule à travers le trou formant évent 82' du pis ton 82 et le trou d'échappement 76' du cylindre pneuma tique 76. Ce courant d'air est dirigé vers le balai 94 et sert à le refroidir, ce qui s'oppose ainsi à l'effet d'échauf fement du courant de charge intense transmis.
A la fin du contrôle, l'alimentation en air est inter rompue. Quand la pression d'air diminue à l'intérieur des cylindres 76, chacun des ressorts 88 repousse son piston 82 et la tige de piston 84 vers l'extérieur. La tête aplatie 91 de chaque tige de piston exerce alors une traction sur la pince métallique 98 du balai associé, de sorte que celui-ci est écarté de l'extrémité de l'essieu 42 comme montré sur la fig. 3.
On comprendra aisément que le déplacement positif des balais à l'écart des essieux empêche une usure indé sirable de ces balais pendant les périodes durant les quelles la voiture se déplace sans effectuer de contrôle.
Les techniciens spécialisés dans ce domaine com prendront que l'invention permet ainsi d'obtenir des améliorations notables pour le contrôle des rails d'une voie ferrée par induction.