CH653073A5 - Dispositif de mesure de la profondeur des deformations ondulatoires de la surface de roulement des rails d'une voie ferree. - Google Patents
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Description
La présente invention a pour objet un dispositif de mesure de déformations ondulatoires de la surface de roulement des rails d'une voie ferrée.
Les caractéristiques géométriques de ce type de déformations, longueurs d'onde et amplitudes, ne sont pas régulières et dépendent des caractéristiques mécaniques des convois, de leur vitesse de circulation, de l'élasticité locale de la voie ferrée et de l'importance des phénomènes de résonance qui se produisent à leur passage.
Ces déformations sont classées essentiellement selon leurs causes et effets en différentes gammes de longueurs d'onde (ondes courtes de 3 à 30 cm, et ondes longues de 30 cm à 3 m).
Ces déformations s'aggravent dans le temps et causent progressivement des dommages de plus en plus importants au matériel roulant et à la voie ferrée, et diminuent le confort des voyageurs et des riverains par les vibrations et les ondes sonores qu'elles engendrent.
Avant que ces dommages n'atteignent des proportions critiques, des opérations de rectification de leur surface de roulement des rails sont prévues dans les travaux d'entretien périodiques de la voie ferrée et sont réalisées à l'aide de véhicules ferroviaires équipés de meules, de blocs abrasifs ou de robots déplacés le long des génératrices de cette surface jusqu'à élimination des déformations susdites.
Pour décider du moment opportun de pratiquer ces opérations, il est nécessaire de contrôler périodiquement l'amplitude de ces déformations ondulatoires aussi bien dans la gamme de longueurs d'ondes courtes que dans celles des longueurs d'ondes longues et ce contrôle doit être répété pendant et après les opérations de rectification pour connaître l'état d'avancement du travail de rectification et pour éviter des passes superflues.
Ce contrôle s'effectue au moyen de dispositifs de mesure appropriés équipant un véhicule autonome de mesure ou le véhicule de rectification lui-même.
Les dispositifs de mesure connus comportent un ou plusieurs détecteurs de distance, mécaniques ou électroniques ou autres, montés sur un châssis qui sert de base de référence et prend appui sur la surface de roulement du rail, soit à l'aide de galets, soit par un ou deux patins fixés rigidement à ce châssis. De tels dispositifs de mesure sont décrits par exemple dans les brevets CH N° 630015 ou FR N° 2485183.
Ces dispositifs connus sont illustrés de façon schématique aux flg. 1 et 2 du dessin.
La surface du rail comporte des déformations de grande longueur d'onde auxquelles se superposent des déformations de courte longueur d'onde. Le signal de sortie délivré par le détecteur de distance d porté par la base de référence r n'est pas uniquement fonction des déformations ondulatoires courtes ou longues du rail, mais encore de la position de la base de référence r par rapport à ce rail qui est modifiée, au cours du déplacement du châssis le long du rail, par les déformations ondulatoires du rail. En effet, le châssis suit, par ses galets ou ses patins, les sommets et les vallées des déformations ondulatoires modifiant ainsi la position de la base de référence, et donc sa distance par rapport au rail, de sorte que la mesure effectuée par le détecteur d en est affectée.
Dans certains dispositifs de mesure, on a proposé l'utilisation d'un appareillage électronique extrêmement compliqué faisant intervenir la longueur d'onde moyenne effective ainsi qu'un coefficient de transfert complexe et ne pouvant être déterminé qu'approximative-ment pour tenter de rendre la mesure des déformations ondulatoires du rail indépendante des mouvements de la base de référence engendrés par ces ondulations du rail. Malgré cela, la précision de la mesure ne donne plus satisfaction actuellement, étant donné les exigences toujours plus grandes imposées à la qualité de la table de roulement du rail. De plus, ces dispositifs comportent une électronique complexe nécessitant un entretien fréquent et de toute façon la mesure n'est qu'approximative puisque sa précision dépend essentiellement de celle du coefficient de transfert.
Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif de mesure des déformations ondulatoires de la surface de roulement des rails d'une voie ferrée qui soit d'une construction simple, d'un
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réglage et d'un entretien facile et dont la position de la base de référence ne soit pas influencée par les déformations ondulatoires de faible longueur d'onde, et qui permette la détermination des usures ondulatoires d'onde longue, aussi bien que d'onde courte.
Le présent dispositif de mesure se distingue par les caractéristiques énumérées à la revendication 1.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple deux formes d'exécution du dispositif de mesure selon l'invention.
La fig. 3 illustre une première forme d'exécution du dispositif de mesure reposant sur un rail et relié à un véhicule ferroviaire.
Les fig. 4 et 5 illustrent le dispositif de mesure de la fig. 1 dans une vallée, respectivement sur un sommet d'une déformation ondulatoire de grande longueur d'onde du rail.
La fig. 6 illustre schématiquement le traitement du signal délivré par le détecteur de distance du dispositif de mesure des fig. 3 à 5.
La fig. 7 illustre schématiquement une seconde forme d'exécution du dispositif de mesure.
La fig. 8 illustre une variante des patins oscillants du dispositif de mesure.
Le dispositif de mesure des déformations ondulatoires d'un rail illustré aux fig. 3 à 6 comporte un châssis 1 portant au moins un détecteur de distance 2, mécanique, électronique ou autre, délivrant un signal représentatif de la distance séparant la base de référence, constituée par la position dans l'espace du châssis 1, d'un point de la surface du rail 3.
Comme illustré, la surface de ce rail comporte des déformations ondulatoires de faible longueur d'onde 1 superposées à des déformations ondulatoires de grande longeur d'onde L.
Ce châssis 1 du dispositif de mesure prend appui sur la surface du rail 3 par l'intermédiaire de deux patins 4,4' articulés sur le châssis autour d'axes 5, 5' normaux à l'axe longitudinal du rail. Ces axes sont de préférence sensiblement parallèles à la surface de roulement du rail.
L'extension de chaque patin 4, 4', dans le sens longitudinal du rail, est au moins égale à deux fois la longueur d'onde 1 des déformations ondulatoires courtes dont on désire mesurer avec précision la profondeur. De ce fait, chaque patin 4, 4' repose toujours sur au moins deux crêtes successives de ces déformations ondulatoires courtes et chaque patin 4, 4' s'incline de manière à se positionner sensiblement suivant une tangente à l'ondulation du rail de grande longueur d'onde au droit de son axe d'articulation 5, 5'.
De cette façon, la position de la base de référence pour la mesure, déterminée par la position dans l'espace du châssis 1, est indépendante des déformations ondulatoires de courtes longueurs d'ondes 1 et ne dépend plus que des déformations ondulatoires de grandes longueurs d'ondes L.
De préférence et pour des raisons constructives, l'entre-axe entre les articulations des deux patins est au moins égal à deux fois la longueur d'onde des ondulations de courte longueur d'onde dont on désire mesurer avec précision la profondeur, c'est-à-dire à la longueur d'un patin oscillant 4, 4', mais au plus égal à la longueur d'onde des déformations ondulatoires les plus longues, soit 3 m.
Du fait de cette construction, le signal délivré par le détecteur de distance 2 est un signal représentatif de l'amplitude des déformations ondulatoires longues modulées par l'amplitude des déformations ondulatoires courtes. Il s'agit donc d'un signal de mesure simple comportant une composante basse fréquence correspondant aux déformations ondulatoires courtes et une composante haute fréquence correspondant aux déformations ondulatoires courtes indépendante des déformations ondulatoires longues.
Le traitement de ce signal de mesure est donc d'une grande simplicité, il suffit de l'amplifier en 6, puis de séparer les composantes hautes et basses fréquences à l'aide d'une part d'un filtre passe-haut 7 et d'autre part à l'aide d'un filtre passe-bas 8 pour obtenir des signaux f et F représentatifs des déformations ondulatoires de courtes longueurs d'ondes respectivement de grandes longueurs d'ondes.
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Ces signaux f et F alimentent deux entrées d'un enregistreur dont la bande 9 défile à une vitesse proportionnelle à la vitesse du véhicule de mesure. Cela est obtenu de façon connue par un générateur d'impulsions 10 entraîné par une roue R du véhicule tracteur alimentant un moteur pas à pas 11 entraînant la bande de papier de l'enregistreur.
Grâce à cette construction, il n'y a plus d'influence des déformations ondulatores courtes sur la mesure des déformations ondulatoires longues et vice versa, de sorte que la mesure de ces deux types de déformations ondulatoires est très précise et que le traitement électrique du signal de mesure est simplifié.
La seconde forme d'exécution du dispositif de mesure illustré à la fig. 7 comporte également un châssis 1 muni, comme dans la première forme d'exécution, de patins 4, 4' articulés sur des axes. L'en-tre-axe entre les axes de pivotement des patins 4, 4' et la longueur de ces patins sont déterminés de la même façon que dans la première forme d'exécution.
Le châssis 1 porte trois détecteurs de distance ya, yb et yc dont l'un yc est situé au milieu de la distance séparant les deux autres, et au milieu de l'entre-axe séparant les articulations des patins 4, 4'.
Le détecteur de distance yc mesure la distance séparant un point de la surface du rail de la base de référence, tandis que les détecteurs de distance ya et yb mesurent des distances séparant un point de la face supérieure de chaque patin 4,4' de ladite base de référence. Ces distances sont en fait représentatives de l'inclinaison a, ß des patins 4, 4' par rapport à la droite idéale que devrait être la surface du rail.
Si, comme c'est le cas en réalité pour des rails de chemin de fer, fc est très petit et que le rayon de courbure des ondes longues du rail est relativement grand, l'arc d'une ondulation longue du rail peut être assimilé à une parabole.
Dans ces conditions,
F °2
fc =
8R
Les patins articulés 4, 4' s'orientent automatiquement tangentiel-lement à la déformation de grande longueur d'onde et forment des angles a respectivement ß avec une droite parallèle à la base de référence, passant par les points de contact des patins avec le rail.
Ces angles sont faibles, de sorte que les distances séparant la droite X du patin 4, 4' mesurées au droit du détecteur de distance ya, yb sont données par a ■ d respectivement ß • d, ces angles étant exprimés en radiant.
On a donc:
fa=a-d fb = ß-d et
ß=
D_ 2R
2R
si as ß et ainsi:
fa=
D-d
2R
et.
fb =
D-d 2R
d'où fa+fb=
D-d R
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Si l'on s'arrange constructivement pour que la projection d, sur la base de référence, de la distance séparant les détecteurs de distances ya et yb de l'articulation du patin 4, 4' correspondant soit égale à
— alors on a:
. D-D D2 .
fa+fb= =—=fc
8R 8R
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On voit dans cette forme d'exécution que la flèche fc qui est représentative de l'onde longue est donnée par la somme des mesures de fa et fb.
En pratique, les ondes courtes sont superposées aux ondes longues, de sorte que le détecteur central yc mesure une grandeur qui correspond à la somme des déformations dues aux ondes courtes et longues, tandis que la somme des mesures des détecteurs ya et yb correspond à l'amplitude des déformations d'ondes longues.
Ainsi, pour avoir les amplitudes des ondes courtes, il suffit de réaliser par des moyens électroniques adéquats fc—(fa+fb)
Il est évident que les détecteurs de distances ya et yb pourraient être remplacés par des détecteurs de la position angulaire des patins 4,4'.
Il faut enfin remarquer que lorsque l'axe du rail à mesurer est concave, les patins de par leur longueur sous-tendent des petites flèches. Cela n'est toutefois pas gênant car elles peuvent être compensée par un facteur de correction.
Ainsi, par l'utilisation de trois détecteurs de distance judicieusement positionnés, les amplitudes des ondes longues et courtes peuvent être déterminées à l'aide d'un traitement extrêmement simple des signaux délivrés par ces détecteurs.
Ce dispositif de mesure est très sensible et peut même être utilisé dans les opérations de nivellement ou pour contrôler le nivellement de la voie ferrée.
Le châssis 1 est relié à un véhicule ferrioviaire V par deux vérins hydrauliques 12 permettant son relevage et son guidage le long de la file de rail.
Le véhicule ferroviaire V peut être équipé d'au moins un disposi-5 tif de mesure par file de rail. Les patins 4, 4' peuvent comporter de manière connue des flancs verticaux ou galets destinés à entrer en contact avec le flanc intérieur du champignon du rail sous l'action d'un dispositif d'écartement pour assurer le guidage latéral du châssis 1 le long du rail 3.
Dans la variante illustrée à la fig. 8, le châssis 1 est également muni de patins articulés 4, 4' et d'un détecteur de distance 2. Pour limiter l'usure des patins 4, 4' due au frottement de ceux-ci sur la surface du rail, ces patins sont équipés de roues ou rouleaux 13 servant de guide et de support à une bande ou chaîne 14. Ainsi, lors de leurs déplacements le long du rail, les patins oscillent et roulent, la bande 14 circulant autour des galets 13, ce qui réduit grandement l'usure des patins. Dans une variante non illustrée, les galets 13 et les chaînes ou bandes 14 peuvent être remplacés par une succession de rouleaux de faible diamètre et très rapprochés les uns des autres.
Le châssis 1 peut comporter plusieurs détecteurs de distance décalés transversalement par rapport au rail pour mesurer les déformations ondulatoires de plusieurs génératrices différentes du champignon du rail.
Un tel dispositif de mesure est ainsi de faible encombrement, il est robuste, simple et précis et ne nécessite pratiquement aucun entretien.
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R
2 feuilles dessins
Claims (11)
1. Dispositif de mesure de la profondeur des déformations ondulatoires de la surface de roulement des rails d'une voie ferrée, dispositif comprenant un châssis destiné à reposer sur au moins un rail par l'intermédiaire d'organes de contact, et à être relié à un véhicule parcourant la voie et comportant au moins un détecteur délivrant un signal électrique représentatif des distances séparant une base de référence rectiligne définie par la position dans l'espace dudit châssis et des points successifs de la surface de la file de rail parcourue, caractérisé par le fait que les organes de contact du châssis avec le rail sont constitués par deux patins articulés sur le châssis suivant des axes perpendiculaires à l'axe longitudinal du rail; par le fait que l'extension de ces patins dans le sens longitudinal du rail est au moins égale à deux fois la longueur d'onde, 2 x 3 cm à 30 cm, des déformations ondulatoires du rail de courte longueur d'onde, dont on veut mesurer la profondeur, mais inférieure à la longueur d'onde,
30 cm à 3 m, des déformations ondulatoires de grande longueur d'onde.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la distance séparant les axes de pivotement des deux patins du châssis est supérieure à deux fois la longueur d'onde des déformations ondulatoires courtes, dont on veut mesurer la profondeur,
mais inférieure à 3 m.
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REVENDICATIONS
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les patins comportent une partie verticale destinée à prendre appui sur le flanc interne du.rail sous l'action d'un dispositif d'écartement.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que chaque patin comporte des galets pivotants autour desquels circule une bande ou chaîne.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il est relié au véhicule ferroviaire à l'aide de vérins permettant son relevage.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs détecteurs de distance décalés transversalement par rapport au rail mesurant les déformations ondulatoires de plusieurs génératrices différentes du champignon du rail.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque capteur de mesure délivre un signal correspondant à l'amplitude des déformations ondulatoires de grande longueur d'onde, modulé par l'amplitude des déformations ondulatoires de courte longueur d'onde, et qu'il comporte un dispositif électronique de traitement de ce signal.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un filtre passe-bas laissant passer la composante basse fréquence du signal, correspondant aux ondulations de grande longueur d'onde, et un filtre passe-haut, en parallèle avec le filtre passe-bas, laissant passer la composante haute fréquence correspondant aux ondulations de courte longueur d'onde.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte trois détecteurs de distance décalés longitudi-nalement, le détecteur central délivrant un signal proportionnel à la somme des amplitudes des déformations de grandes et de petites longueurs d'ondes.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la distance séparant chacun des autres détecteurs d'un des axes d'articulation du patin correspondant, en projection sur la base de référence, est égale à Vs de l'entre-axe des articulations des patins et par le fait que la somme des signaux délivrés par ces deux détecteurs est proportionnelle à l'amplitude des ondulations de grandes longueurs d'ondes seulement.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif électronique de traitement des signaux obtenus délivrant un signal proportionnel à la différence entre le signal du détecteur central et la somme des signaux des autres détecteurs, ce signal correspondant à l'amplitude des ondulations de courtes longueurs d'ondes.
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