Véhicule pour la détection de défauts dans les rails à l'aide d'ultra-sons La présente invention a pour objet un véhicule pour la détection de défauts dans les rails à l'aide d'ultra-sons, comprenant des roues avant et arrière lui permettant de rouler sur les rails d'une voie.
Dans l'application des ultrasons à la vérification de rails, il est important que l'émetteur et le récep teur des signaux ultrasonores soient maintenus en relation de fonctionnement correct par rapport au rail en cours d'examen. Une relation de fonctionne ment correcte est obtenue lorsque le faisceau des ultrasons est dirigé dans une région du rail que l'on désire vérifier de façon qu'il sorte du rail et actionne un équipement récepteur approprié pour indiquer l'état du rail.
Dans la détection de défauts des rails par ultra sons, la nécessité de maintenir une relation de travail correcte pose de nombreux problèmes divers et com plexes de positionnement et du réglage du détecteur piézo-électrique ou palpeur. Les défauts internes se produisent sur toute la section droite généralement en forme de T d'un rail, mais on ne peut pas exami ner toute la section droite à l'aide d'un seul faisceau d'admission. D'une façon générale, les défauts d'un rail peuvent être orientés dans l'un ou l'autre d'une série de plans différents, ce qui rend extrêmement difficile l'obtention certaine d'une réflexion directe à partir de chaque défaut.
Aux problèmes posés par l'emplacement et l'orientation des défauts internes sont associés des problèmes également importants, posés par le chan gement constant du profil de la surface du rail et les courbures fréquentes du rail. Le changement du pro fil de la surface a pour résultat des angles d'inci dence différents des ultrasons et nécessite des chan gements compensateurs de l'orientation de l'émetteur et du récepteur du faisceau d'ultra-sons afin de main tenir une relation de travail correcte.
On ne peut pas suivre les courbures du rail avec le degré de préci sion nécessaire en mettant en position un palpeur avec l'un ou l'autre des dispositifs de transport et de suspension de la technique antérieure, de sorte que les courbures provoquent un déplacement du palpeur latéralement par rapport au rail, en interrompant ainsi la relation de travail voulue. Dans l'agencement habituel de vérification des rails par ultrasons, un véhicule détecteur approprié fait avancer un transducteur piézo-électrique sur les parties successives des rails à une vitesse importante et le mouvement relatif entre le transducteur et le rail aggrave le problème posé par l'accouplement con venable pour la transmission des vibrations élastiques entre eux.
On connaît une série d'agencements destinés à ré soudre ce problème. Une solution consiste à main tenir un courant de liquide de couplage entre le pal peur et le rail. Une autre solution consiste à faire pro gresser une colonne statique d'un liquide de couplage sur la surface du rail, tout en maintenant le palpeur au contact de la colonne statique. Une autre solution encore consiste à entourer le palpeur par un récipient rempli d'un liquide présentant un diaphragme appro prié au contact du rail. En ce cas également, on uti lise un jet d'eau entre le diaphragme et la surface du rail.
Bien que chacune des solutions ci-dessus ait ses avantages et inconvénients particuliers, il est souhai table d'avoir à disposition des moyens permettant d'améliorer l'efficacité du couplage de l'un ou l'autre ou de tous les agencements ci-dessus et de tous agen cements analogues, dans lesquels un liquide de cou plage est appliqué à la surface du rail en cours de vérification pour faciliter la transmission des vibra tions élastiques. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients et déficiences exposés ci-dessus.
Le véhicule selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif ultrasonique comportant au moins un émetteur de signaux ultrasoniques monté de façon à se déplacer, lorsque le véhicule est en mouvement sur la voie, sur des parties de surface successives longitudinalement de l'un des rails à vé rifier de ladite voie, des premiers moyens portés par le véhicule et en contact continu avec le rail pour établir un couplage ultrasonique entre l'émetteur et chaque partie de surface successive du rail qui est momentanément en relation de travail avec lui au cours du déplacement progressif du véhicule sur la voie,
et un distributeur de liquide disposé au voisi nage d'une partie de surface du rail située en avant de la partie de surface du rail qui est en relation de travail avec l'émetteur pour appliquer une pellicule de liquide de couplage à cette partie de surface située en avant pour la mouiller préalablement, afin d'amé liorer la transmission des signaux à travers le cou plage ultrasonique établi entre l'émetteur et ladite partie de surface préalablement mouillée par lesdits premiers moyens à mesure que le déplacement du véhicule amène l'émetteur en relation de travail avec cette partie de surface préalablement mouillée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du véhicule objet de l'invention, ainsi que quelques variantes de détail.
La fig. 1 est une vue partielle de côté d'une pre mière forme d'exécution, montrant un agencement de suspension et de transport du palpeur ; la fig. 2 est une vue partielle en plan par-dessous le châssis du véhicule et montrant les moyens de suspension plus en détail ; les fig. <I>3a, 3b</I> et 3c montrent divers agencements permettant d'appliquer un émetteur à un rail pour détecter les défauts internes, quel que soit leur em placement ; la fig. 4 est une vue de côté à plus grande échelle du chariot du palpeur, certaines parties étant en coupe ;
la fig. 5 est une vue en plan du chariot de la fig. 4 et montre le mouvement pivotant latéral du palpeur qui est réalisé par le chariot ; la fig. 6 est une coupe de face suivant la ligne 6-6 de la fig. 4 et montre le mouvement de roulis latéral du palpeur qui est réalisé par le chariot ; la fig. 7 est une vue en perspective montrant le chariot appliqué à un rail et représentant en outre un tâteur mécanique et un ensemble de commande élec trique pour régler automatiquement le positionne ment de roulis latéral du palpeur ;
la fig. 8 est une vue en perspective d'une variante montrant le chariot appliqué à un rail et représentant en outre, schématiquement, un dispositif qui com mande à la fois les mouvements pivotants latéraux et les mouvements de roulis latéraux du palpeur suivant l'intensité de réception de l'écho de base ; la fig. 9 est un schéma montrant les éléments électriques d'une partie du dispositif de commande automatique de la fig. 8 ; la fig. 10 est une vue schématique montrant une variante d'agencement destinée à commander simul tanément une série de mouvements différents du palpeur ;
la fig. 11 est une vue de côté du véhicule présen tant un distributeur de liquide de couplage ; les fig. 12 et 13 sont des vues partielles en plan montrant l'agencement destiné à suspendre au véhi cule un émetteur d'ondes élastiques, présentant un distributeur de liquide de couplage ; la fig. 14 montre le distributeur des fig. 12 et 13 observé à partir du côté externe du rail, et la fig. 15 montre le distributeur des fig. 12 et 13, observé à partir du côté interne du rail.
A la fig. 1, 34 représente un véhicule détecteur comprenant une paire de chariots 31, qui sont des tinés à reposer sur les surfaces des rails d'une voie et à venir à leur contact dans le but de les suivre pen dant leur vérification progressive. Un dispositif de suspension commande les mouvements des chariots entre leurs positions de fonctionnement dans lesquel les ils touchent le rail et leurs positions de repos dans lesquelles ils sont maintenus en position élevée au- dessus des rails et à l'intérieur de ces derniers.
Le dispositif de suspension est représenté assez schématiquement sur les fig. 1 et 2 et comprend un châssis 32 relié à l'essieu avant 33 du véhicule dé tecteur 34, un mécanisme à poulies et câble 35 et un moteur de commande 36. Ainsi, le dispositif de sus pension est situé sous le châssis du véhicule et est tiré par l'essieu avant 33.
Le châssis 32 est constitué par une paire de bras parallèles 37 dont les extrémités antérieures sont re liées par des joints en caoutchouc 38 aux extrémités éloignées de l'essieu 33 et dont les extrémités posté rieures sont reliées par des dispositifs de serrage 39 à un ensemble de barres télescopiques extensible. Les joints en caoutchouc permettent au châssis 32 de se déplacer entre ses positions de fonctionnement et de repos et permettent également aux bras 37 d'os ciller latéralement sous l'influence de l'agencement des barres télescopiques.
Les barres télescopiques externe et interne sont désignées par 40 et 41 respectivement et elles sont continuellement sollicitées à l'écart l'une de l'autre par un ressort de poussée 42. Les chariots 31 sont portés rigidement par les extrémités éloignées des barres télescopiques et chaque chariot comprend un patin de gabarit qui glisse le long du rail et est main tenu à un angle constant dans toutes les directions, afin de fournir un support de référence fixe pour l'émetteur piézo-électrique par rapport à la base du rail. L'angle longitudinal d'inclinaison des patins de gabarit est maintenu constant par les bras parallèles 37 et peut être réglé à volonté en faisant varier l'em placement de la liaison entre les barres parallèles 37 et les barres télescopiques.
L'angle latéral vertical d'inclinaison des patins de gabarit est maintenu cons tant par les barres télescopiques qui s'étendent entre les rails et est déterminé ainsi suivant la hauteur et l'angle relatif des deux rails.
Le mécanisme 35 comprend un câble 43 porté par une poulie 44 de treuil associée au moteur de commande 36 et passant autour de poulies intermé diaires 45 et 46 fixées respectivement au châssis du véhicule et à la barre télescopique externe 40. L'ex trémité libre du câble 43 est fixée à une plaque 47 prévue sur la barre télescopique interne 41. La com pression et l'extension de l'agencement des barres télescopiques sont coordonnées avec les mouvements ascendant et descendant du châssis 32 en mettant en corrélation la constante élastique du ressort de pous sée 42 avec la tension du câble nécessaire pour sur monter le poids du châssis.
Le dispositif de suspension fonctionne de la façon suivante: un commutateur approprié (non représenté) envoie le courant au moteur 36, pour entramer la poulie 44 dans un sens pour enrouler le câble 43. La tension initiale comprime les tiges télescopiques et déplace les chariots 31 à l'écart des rails. Ce mouve ment est limité par le contact de la patte 47 portée par la barre télescopique interne avec l'extrémité adja cente de la barre télescopique externe 40. A partir de ce moment, le châssis est soulevé dans sa position d'évitement et la patte 48 du câble coopère avec un interrupteur-limiteur 49 pour arrêter le moteur lors que cette position est atteinte.
Pour abaisser les chariots, la poulie 44 déroule le câble 43 et le mouvement initial consiste en un mouvement pivotant du châssis autour de l'essieu 33. En un point intermédiaire, le ressort de poussée 42 provoque également le déploiement des barres télescopiques et les deux types de mouvement se poursuivent jusqu'à ce que les patins de gabarit vien nent buter contre le rail et limitent le déploiement supplémentaire des barres télescopiques. A ce mo ment, une patte 50 du câble coopère avec un inter rupteur-limiteur 51 pour mettre en marche le moteur.
En raison de la forme particulière du rail, comme précédemment mentionné, il n'est pas possible de vérifier toutes les parties internes du rail à l'aide d'un seul faisceau ; toutefois, par un choix judicieux, on peut vérifier sensiblement tout le rail en n'utilisant que deux faisceaux incidents et pour cela on se réfé rera à la fila. 3 pour illustrer ces agencements.
Sur la fila. 3a, un transducteur T est représenté comme étant disposé directement au-dessus du centre de la surface de roulement d'un rail R pour envoyer un faisceau d'ultra-sons à travers le champignon et l'âme pour qu'il soit réfléchi à partir de la surface de base et ramené au transducteur T. Ce dernier peut servir à la fois d'émetteur et de récepteur des ultra sons, auquel cas il serait sensiblement parallèle aux surfaces de roulement et de base parallèles du rail. Dans l'agencement de la fila.<I>3a,</I> le véhicule est des tiné en particulier à la détection de ruptures dans la région des trous de boulons, comme indiqué en 60 et de séparation entre le champignon et l'âme. L'agencement détecte naturellement d'autres défauts internes, en particulier des champignons fendus hori zontalement.
Evidemment, l'agencement de la fila. 3a ne peut pas détecter de petites fractures, comme celles qui se produisent sur les côtés latéraux du rail et pour le réaliser, le transducteur est représenté sur la fila. 3b comme étant appliqué au côté interne du rail.
Lors qu'il est ainsi appliqué, un faisceau est envoyé à tra vers le champignon du rail dans un sens transversal et dans ce cas, de nouveau, on peut utiliser un seul transducteur émetteur et récepteur disposé parallèle ment aux côtés latéraux parallèles du rail. En particu lier, on doit noter qu'on évite les divers défauts à la surface du champignon, comme indiqué en 61, 62 et 63, en disposant le transducteur suffisamment au- dessous de la surface supérieure du rail.
Une variante d'agencement permettant d'exami ner le champignon du rail est représentée sur la fila. 3c, dans laquelle des transducteurs émetteur et récepteur séparés, S-T et R-T, sont disposés sur les côtés opposés du centre du champignon, pour projeter un faisceau d'ultra-sons généralement en forme de W dans le champignon du rail.
Il est évident qu'on peut avoir recours à diverses combinaisons des dispositifs représentés sur les fila. <I>3a, 3b</I> et 3c, afin d'effectuer un examen complet de toute la région interne du rail.
On propose de vérifier un rail en vérifiant l'in tensité de l'écho de base pour déterminer la structure interne du rail. Un écho de base d'intensité constante indique un rail sans défaut, tandis que l'absence ou l'affaiblissement de l'écho de base indique un défaut interne. En réalité, l'écho de base est affecté par d7au- tres conditions, telles qu'une diminution du couplage, une panne du dispositif électronique et certains types de défauts superficiels. Un examen révèle facilement ces conditions.
Il a été considéré pendant longtemps que les dé fauts orientés entièrement dans le plan de déplace ment des faisceaux d'ultra-sons fournissent une ré flexion limitée des ultrasons incidents, de façon à empêcher la détection de ces défauts.
Dans un dis positif fonctionnant sur le principe de détecter uni quement les échos qui sont réfléchis directement à partir d'une défectuosité, l'orientation de ce défaut peut empêcher une détection sûre ; le dispositif décrit tire profit du fait que la grande majorité des défauts internes d'un rail présentent des bords latéraux suf fisamment irréguliers pour que même s'ils se trouvent dans le plan de propagation des ultrasons, ils absor bent et dévient un pourcentage important des ultra sons incidents et diminuent ainsi l'écho de base d'une valeur appréciable.
Il existe des défauts dans un rail qui sont inclinés à un angle tel par rapport aux faisceaux incidents des ultrasons, qu'ils dévient le faisceau à un certain angle et peuvent être détectés par la méthode basée sur l'écho de base, mais attendu que le faisceau dévié n'est pas ramené au point voulu, ces défauts peuvent facilement échapper à la détection.
Dans le cas de la fig. 3a où le transducteur est parallèle aux surfaces parallèles de roulement et de base du rail, il détecte un pourcentage élevé des champignons fendus verticalement et des fissures transversales, bien qu'ils soient orientés dans le plan de propagation des ultrasons.
Dans l'un ou l'autre des agencements des fig. 3a et 3b ou dans les deux, le seul transducteur-émetteur peut être remplacé par un transducteur-émetteur sé paré et un transducteur-récepteur séparé ; ceux-ci sont alors espacés l'un de l'autre le long du rail et sont inclinés par rapport au rail à des angles égaux et opposés. Ainsi les palpeurs sont agencés de façon que le faisceau passe à travers une surface d'entrée du rail pour être réfléchi à partir de la surface oppo sée du rail et être ramené à travers la surface d'entrée vers le transducteur-récepteur.
Lorsque deux transducteurs séparés sont agencés ainsi, on obtient des indications très définies pour tous les défauts, étant donné que le faisceau se dé place à travers le rail à un angle, au cours de son parcours d'entrée, différent de celui de son parcours de retour. Si un défaut se trouve dans le plan du faisceau d'entrée, il bloque ou dévie nécessairement le faisceau de retour. Evidemment, cela n'a pas beau coup d'importance qu'un défaut ait ou non des sur faces à bord irrégulier.
Le chariot représenté sur les fig. 4, 5 et 6 com prend un patin de gabarit 100 présentant une partie horizontale 101 destinée à glisser sur la surface de roulement du rail et une partie verticale 102 dont la partie inférieure 104 est destinée à venir buter contre le bord interne du rail et dont la partie supérieure est fixée rigidement à l'une des barres télescopiques 40. La partie horizontale 101 présente des extrémités rabattues vers le haut, comme indiqué en 103, pour lui permettre de glisser sur des extrémités de rail adjacentes qui ne sont pas au même niveau et d'au tres irrégularités sur son parcours.
La partie infé rieure 104 de la partie verticale 102 est sollicitée contre le bord interne du rail par le ressort de pous sée 42, qui sollicite continuellement les barres télesco piques à l'écart l'une de l'autre. Le poids du châs sis 32 est appliqué sur le rail R par les patins de gabarit et comme précédemment expliqué le châssis détermine et maintient l'angle d'orientation des patins 100 par rapport à la base du rail.
Les patins de gabarit 100 fournissent ainsi un support de référence fixe pour un détecteur piézo électrique ou palpeur mobile qui est monté sur un porte-palpeur 106. Le porte-palpeur 106 est supporté d'une façon mobile par le patin de gabarit 100 et dans ce but il est relié à une barre 107 qui s'étend vers l'arrière à partir du patin de gabarit et qui pré sente à son extrémité antérieure une paire de barres verticales dirigées vers le bas 108,
dont les extrémités inférieures sont montées à pivot sur les extrémités éloignées de la barre horizontale d'un croisillon 109 au moyen d'un roulement à billes<B>110.</B> Le croisillon 109 a la même forme générale que le croisillon cou ramment utilisé dans un joint universel et dans ce cas sa barre verticale est montée à rotation dans un rou lement à billes 111 porté par une paire de bras 112 verticalement espacés faisant saillie latéralement.
Immédiatement au-dessus de la barre verticale du croisillon 109, la barre 107 qui supporte le pal peur est reliée à une tige à mouvement de va-et-vient 114 qui peut être reliée à un moyen de commande quelconque (non représenté). Une tige à mouvement de va-et-vient analogue 115 est aussi reliée à la barre 107 en un point situé en arrière de la tige 114 et la tige 115 est reliée à un moyen de commande indépen dant (non représenté).
Il est évident que lorsque la tige 114 est animée d'un mouvement de va-et-vient dans un plan hori zontal dans un sens latéral par rapport au rail, le croisillon 109 reste immobile, mais les bras dirigés vers le bas 108 pivotent autour de la barre horizon tale du croisillon et par conséquent le porte-palpeur 106 pivote dans un plan latéral autour de cette barre horizontale. Ce mouvement du porte-palpeur et de la barre de liaison<B>107</B> est indiqué en pointillé sur la fig. 6 et il règle l'angle latéral vertical du palpeur et est désigné ci-après par roulis latéral .
D'une façon analogue, lorsque la tige 115 est animée d'un mouvement de va-et-vient dans un plan horizontal dans un sens latéral par rapport au rail, les bras<B>108</B> restent fixes par rapport à la barre hori zontale du croisillon, mais la barre horizontale du croisillon pivote dans ses roulements 111 et la barre de liaison 107 et le porte-palpeur 106 oscillent laté ralement dans un plan horizontal. Ce mouvement est indiqué en pointillé sur la fig. 5 et est appelé ci-après mouvement pivotant latéral .
Dans le présent agencement, le transducteur pal peur T est disposé sensiblement parallèle à la surface de roulement du rail et ceci implique un réglage du roulis longitudinal. Dans ce but, un élément d'écarte ment élastique 116 en caoutchouc ou autre matière analogue est intercalé entre la barre de liaison 107 et le porte-palpeur 106 et les pièces sont reliées les unes aux autres par une série de vis 117. Les vis 117 sont placées longitudinalement au rail et par un réglage approprié, elles permettent l'inclinaison du palpeur longitudinalement.
Il est évident que dans le présent agencement un seul palpeur sert à la fois d'émetteur et de récepteur et est pratiquement parallèle à la surface de roulement du rail. On peut, naturellement, avoir recours à des palpeurs émetteur et récepteur séparés et, dans ce cas, ils sont espacés l'un de l'autre longitudinalement et sont disposés symétriquement et à des angles lon gitudinaux opposés par rapport à la surface de roule ment du rail.
Le porte-palpeur 106 consiste en une base 118 en caoutchouc dur ayant un évidement à gradin pour monter le palpeur avec une poche d'air de soutien 119 et un tube creux dirigé vers le bas 120 en caout- chouc dur ou en matière plastique. Le tube 120 com munique avec une trémie allongée 121 en matière souple et élastique, telle que du caoutchouc, et la trémie est guidée pendant son déplacement le long du rail au moyen d'un bras 122 s'étendant vers l'ar rière, qui est fixé à demeure à la partie verticale supé rieure 102 du patin de gabarit 100. Une conduite d'alimentation en liquide de couplage 123 est reliée avec un passage 124 ménagé dans le bloc 118 pour amener le liquide de couplage pour remplir la trémie en caoutchouc 121 et le tube 120.
Une source d'eau (non représentée) est montée sur le véhicule détecteur à une hauteur voulue au-dessus du rail et maintient une légère pression supplémentaire sur la colonne d'eau. Cette pression oblige la trémie à suivre les contours de la surface de roulement du rail d'une façon plus sûre et plus rapide.
L'agencement de la trémie en caoutchouc pour contenir la colonne d'eau qui transmet les ultrasons entre les rails et le palpeur permet de réaliser des économies considérables en ce qui concerne la quan tité du liquide de couplage nécessaire, attendu qu'il faut maintenir une colonne d'eau d'une hauteur im portante non seulement pour protéger le palpeur d'un endommagement mécanique, mais également pour permettre les mouvements voulus du palpeur. A ce sujet, on doit noter que la trémie en caoutchouc est suffisamment souple pour permettre tous les mou vements voulus du palpeur, sans provoquer un mou vement correspondant de la trémie.
Pour compléter le couplage des ultrasons, il est nécessaire de prévoir de petites quantités du liquide de couplage entre les surfaces en contact de la trémie de caoutchouc et du rail et l'utilisation d'une trémie allongée offre l'avantage supplémentaire de conserver la quantité du liquide de couplage nécessaire dans ce but. Ceci provient du fait que la trémie allongée ré pand le liquide de couplage régulièrement et sous forme d'une mince couche sur le champignon du rail.
Le chariot des fig. 4, 5 et 6, en coopération avec le dispositif de suspension, suit le rail et fournit un support commode pour le palpeur, qui ne change sensiblement pas de position par rapport à la base du rail et qui permet divers degrés de mouvement du palpeur, sans affecter en aucune façon le couplage des ultrasons entre le palpeur et le rail.
On envisage de pouvoir commander les tiges à mouvement de va-et-vient 114 et 115 à partir d'un endroit éloigné, par exemple par un opérateur qui conduit le véhicule. A mesure que le contour du champignon du rail change, par exemple lorsqu'on passe sur des courbes de la voie, le faisceau incident est dévié de son trajet initial et il est nécessaire de compenser ce changement en faisant varier le roulis latéral et en faisant varier la position de pivotement latéral du palpeur afin de maintenir le palpeur en relation de travail correcte avec le rail. L'angle de roulis latéral du palpeur doit être modifié d'un degré environ pour quatre degrés de variation du contour du champignon du rail et le mouvement pivotant latéral du palpeur doit maintenir le palpeur sensible ment au-dessus du centre du champignon du rail.
Divers moyens permettant de régler automatique ment le positionnement de détection du chariot des fig. 4, 5 et 6 sont représentés sur les fig. 7 à 10. Une manière permettant de mettre automatiquement le palpeur en position afin de maintenir une relation correcte pendant les changements du contour du rail consiste à utiliser un tâteur mécanique, qui mesure mécaniquement l'amplitude de ces changements et fournit l'information à un dispositif compensateur. Un chariot prévu dans ce but est représenté en pers pective comme étant appliqué à un rail R sur la fig. 7 et est sensiblement identique au chariot des fig. 4, 5 et 6. Des numéros de référence analogue désignent les pièces correspondantes.
Les seules modifications du chariot consistent à prolonger la partie verticale 102 du patin de gabarit 100, comme indiqué en 200, et à percer l'extrémité rabattue vers le haut 103 de la partie horizontale du patin de gabarit pour le montage à demeure d'une tige s'étendant longitudinalement 201. Un patin tâ- teur 202 destiné à glisser le long de la surface de rou lement du rail et à suivre les changements de contour de cette dernière est emboîté sur la tige 201 pour tourner sur elle, tout en suivant le rail.
Le prolongement vers l'avant 200 de la partie verticale du patin de gabarit supporte une plate- forme 203 qui supporte à son tour un potentiomètre de commande 204 et est relié au patin tâteur 202 par des bielles successives 205, 206 et 207 s'étendant dans le même plan. Par conséquent, les mouvements du patin 202 sont transmis au potentiomètre de com mande 204 et font varier sa résistance. Le patin est toujours maintenu en contact avec la surface du rail par un ressort de compression 208 qui réagit entre la plate-forme 203 et une partie antérieure du patin 202.
Le potentiomètre de commande 204 fournit une information concernant le contour de la surface du rail à un ensemble de commande 209 qui est agencé pour déterminer le degré nécessaire du mouvement du palpeur pour compenser ce changement du con tour du rail. L'ensemble de commande fournit le cou rant d'excitation à un servomoteur 210 qui entraîne le palpeur dans un sens pour compenser les change ments du contour. Dans ce but, le moteur 210 est relié à la barre 107 en un point situé directement au- dessus de la barre verticale du croisillon 109 au moyen de bielles successives 211, 212 et 213.
Le mouvement du moteur est réglé par un potentiomètre compensa teur 214 relié par une bielle 215 à un prolongement de la bielle 212 pour suivre les mouvements du moteur. Ainsi, les mouvements du moteur provoquent des variations de la résistance du potentiomètre com pensateur 214 et cette information est aussi envoyée à l'ensemble de commande 209 pour interrompre les mouvements du moteur au moment approprié. L'équipement asservi comprenant le potentiomètre de commande 204, l'ensemble de commande 209, le moteur 210 et le potentiomètre compensateur 214 est d'un type du commerce classique bien connu et on estime qu'une description détaillée n'est pas néces saire. Toutefois, il convient de souligner que les mou vements du palpeur, tout en étant proportionnels aux mouvements du patin tâteur 202, ne sont pas de gran deur égale.
Naturellement, le roulis latéral nécessaire du palpeur dépend en partie de la hauteur du palpeur au-dessus du rail, mais le principe de réglage réside dans le fait que le palpeur doit être disposé à un angle d'incidence tel que les ultrasons incidents soient ré fléchis le long d'un trajet lui permettant de passer à travers le centre de l'âme du rail. Pour l'agencement représenté et dans la gamme limitée des mouvements envisagés, il s'est avéré qu'un degré de roulis latéral du palpeur compense quatre degrés de changement d'angle de la surface de roulement du rail. Cette rela tion provient du fait que les ultrasons se déplacent quatre fois plus vite dans le rail d'acier que dans la colonne d'eau.
L'agencement ci-dessus représente un moyen mé canique automatique permettant de régler le roulis latéral. Il est évident qu'on pourrait aussi prévoir un moyen mécanique pour actionner la tige à mouve ment de va-et-vient 115 afin de régler le mouvement pivotant latéral et dans ce cas on pourrait utiliser un moyen mécanique pour mesurer la courbure de la voie pour fournir l'information de commnade néces saire. On pense que l'extension du principe de com mande automatique à une telle application est évi dente et pour simplifier elle ne sera pas décrite en particulier.
Un dispositif plus précis permettant de maintenir le palpeur en relation de travail correct avec le rail est représenté sur la fig. 8 et ce dispositif est entière ment automatique et fonctionne sur le principe du maintien d'une intensité de réception constante de la réflexion de base. Suivant l'application particulière décrite, le palpeur est maintenu au centre au-dessus du rail et sensiblement parallèle à la surface de rou lement et à la surface de base .du rail, de façon que les faisceaux incidents se déplacent vers le bas à tra vers l'âme et lors de la réflexion de la base pour re venir vers le palpeur.
Il est souhaitable de maintenir le palpeur cor rectement centré par rapport aux mouvements pivo tants et de roulis latéraux et on le réalise en com mandant continuellement les bras à mouvement de va-et-vient 114 et<B>115</B> pour faire osciller le palpeur autour de ses positions centrales respectives. Les mouvements des bras 114 et 115 sont synchronisés de façon qu'ils soient décalés de 900. Ainsi, lorsque le bras 114 se trouve dans l'une de ses positions li mites, le bras<B>115</B> est correctement centré et inver sement. En raison de cette relation décalée, il est possible de séparer ces deux degrés de mouvement différent pour un examen individuel, même si le palpeur engendre en réalité une forme de mouvement complexe.
Un dispositif de commande de ce type donné à titre d'exemple est aussi représenté sur la fig. 8.
Ce dispositif utilise une manivelle 220 reliée à un arbre de commande 221 et commandée par ce der nier, qui est entraîné continuellement à une vitesse de 400 tours par minute environ par un moteur ap proprié (non représenté) et la manivelle 220 com mande une paire de tiges de piston 222 et 223. La tige de liaison 222 actionne un agencement à piston et cylindre 224, qui est relié hydrauliquement à un second agencement à piston et cylindre 225 pour ani mer la tige 114 d'un mouvement de va-et-vient. D'une façon analogue, la tige de piston 223 est reliée à un agencement à piston et cylindre 226 qui est relié à son tour hydrauliquement à un second agen cement à piston et cylindre 227 qui anime la tige 115 d'un mouvement de va-et-vient.
On remarquera que les agencements à piston 224 et 226 sont reliés par rapport à la manivelle 220 et à l'arbre de commande 221 de façon que le mouve ment qu'ils effectuent chacun soit décalé de 90 . Ainsi, le dispositif commande les tiges 114 et 115 de manière que le palpeur oscille continuellement dans deux sens différents autour de son point cen tral.
Ces mouvements du palpeur sont associés de manière que lorsque la tige 114 est centrée et par suite que le palpeur est centré par rapport au roulis latéral, la tige 115 contraint le palpeur à se trouver dans l'une de ses positions limites du mouvement pi votant latéral. Il s'agit de la position dans laquelle le dispositif est représenté sur la fig. 8 et dans cette position on peut voir que l'intensité de réception de la réflexion de base a une valeur réduite.
Cette di minution de la valeur est due au fait que le palpeur n'est pas dans sa position centrale par rapport au mouvement pivotant latéral. L'intensité de réception à cet endroit est mesurée et mise en mémoire pour la comparer avec l'intensité de réception lorsque les pièces occupent une position décalée de 180o. Dans cette position décalée de 180,, l'intensité de réception réduite est due de nouveau au fait que le palpeur est décentré par rapport au mouvement pivotant latéral et n'est pas contraint par le roulis latéral, attendu que le palpeur est de nouveau centré par rapport à ce degré de mouvement.
Si la comparaison des deux positions de pivote ment latéral décalé de 180e indique que les dimi nutions de l'intensité de réception pour ces deux positions sont égales, alors en ce qui concerne le mouvement pivotant latéral, le palpeur oscille autour d'un point central correct et par conséquent aucun mouvement compensateur n'est nécessaire.
Toutefois, en supposant que la comparaison des diminutions de valeur indique un déséquilibre, un mécanisme de réglage automatique contraint le mo teur 228 à entraîner la tige de piston 229 pour ac tionner un agencement à piston et cylindre 230 qui est relié hydrauliquement à l'agencement à piston et cylindre 227 et qui fait varier le point central de fonctionnement de ce dernier d'une quantité appro priée pour centrer le palpeur par rapport au mou vement pivotant latéral.
Pour effectuer ce réglage indépendant des diffé rents degrés de mouvement, un commutateur rotatif 231 et présentant un bras de contact 232 relié pour tourner avec l'arbre de commande 221 sur des sec teurs de contact successifs 233, 234, 235 et 236, est synchronisé avec les mouvements du palpeur. Ainsi, lorsque la tige<B>115</B> se trouve dans l'une de ses posi tions limites, le bras de contact 232 du commutateur rotatif vient en prise avec le secteur 233 pour four nir des signaux réfléchis à un ensemble à mémoire 237 et lorsque la tige 115 se trouve dans sa position limite opposée, le bras de contact 232 vient en prise avec le secteur 235 pour fournir des signaux réfléchis à un ensemble à mémoire 238.
D'une façon analogue, lorsque la tige 114 se trouve dans l'une de ses posi tions limites, le bras de contact 232 vient en prise avec le secteur 234 pour fournir des signaux réfléchis à l'ensemble de mémoire 239 et lorsque la tige 114 se trouve dans sa position limite opposée, le bras de contact 232 vient en prise avec le secteur 236 pour fournir des signaux réfléchis à un ensemble de mé moire 240.
Les ensembles à mémoire 237 et 238 fournissent leur information de commande à un réseau de com paraison de tension 241 qui est équilibré pour des diminutions égales de l'intensité de réception et qui envoie une tension d'excitation à un ensemble de commande 242 lorsqu'il existe un déséquilibre. Dans ce cas, l'ensemble de commande 242 provoque le fonctionnement du moteur 228 et règle la position de l'agencement à piston et cylindre 227 par l'action de l'agencement intermédiaire à piston et cylindre 230. Le degré de réglage est fourni par un potentiomètre compensateur 243, qui est aussi actionné par le mo teur 228 et qui renvoie une tension de compensation à l'ensemble de commande 242.
D'une façon analogue, les dispositifs à mémoire 239 et 240 fournissent leurs signaux de sortie à un réseau 244 de comparaison de tension qui envoie une information de commande à un ensemble de commande analogue 245. L'ensemble de commande 245 actionne un moteur 246 pour commander un agencement à piston et cylindre 247 qui est relié hy- drauliquement à un agencement à piston et cylindre 225 et qui est susceptible de régler le point central de fonctionnement de ce dernier. Le mouvement du moteur 246 actionne également un potentiomètre de commande 248 qui fournit une tension compensatrice à l'ensemble de commande 245 et interrompt le fonctionnement du moteur 246.
Le dispositif à ultrasons représenté à la fia. 8 comprend un générateur 250, qui peut fonctionner à une fréquence de 2000 cycles par seconde pour amorcer un émetteur 251 qui est relié de manière à exciter un transducteur piézo-électrique C. Le gé nérateur 250 amorce également un circuit de détec- tion 252 pour qu'il fonctionne en synchronisme avec l'émetteur 251. Le reste du dispositif consiste en un récepteur 253, qui est relié au transducteur piézo électrique C pour tenir compte des signaux réfléchis et en un indicateur 254 qui fournit une indication des signaux que le circuit de détection 252 envoie à l'indicateur 254.
On doit noter que dans le dispositif représenté, les réflexions de base qui sont envoyées au bras de contact 232 du commutateur rotatif peuvent égale ment actionner l'indicateur et ainsi ce dispositif est de grande sécurité en ce sens que si une chose quelcon que interrompt l'écho de base, elle oblige l'indicateur à en tenir compte. Lorsque le dispositif fonctionne de cette façon, l'intervalle de détection est choisi de façon que toute l'énergie réfléchie à partir de la base et ramenée au récepteur soit susceptible d'actionner le récepteur ou indicateur.
Le fonctionnement des ensembles à mémoire sera mieux compris en se référant au schéma de la fia. 9, sur lequel une partie du commutateur rotatif est re présentée comme étant associée aux ensembles à mémoire 237 et 238. L'ensemble à mémoire 237 utilise un tube à charge cathodique 256 qui appli que son signal de sortie à une résistance 257 de 5 mégohms qui forme une partie du réseau 241 de comparaison de tension. L'ensemble à mémoire 238 consiste en un tube 259 à charge cathodique, qui répond proportionnellement aux signaux d'entrée et applique son signal de sortie à un tube 260 qui est maintenu à un état normalement non conducteur et qui envoie son signal de sortie à une résistance 261 de 5 mégohms qui forme l'autre partie du réseau de comparaison de tension.
Le point central du réseau 241 est relié par un fil conducteur 262 à l'ensemble de commande 242.
Les signaux envoyés au bras de contact 232 à partir du dispositif à ultrasons de la fia. 8 sont de courtes impulsions de potentiel positif et d'une valeur de 50 volts environ. En considérant la position des pièces comme indiqué sur la fia. 9, un signal de plus 50 volts est appliqué à la grille du tube 256 à charge cathodique et amène la cathode de ce tube à 50 volts environ. Un réseau constitué par une résistance 264 et un condensateur 265 est agencé pour présenter une constante de temps résistance-capacité de façon que ce potentiel de 50 volts soit maintenu pendant une seconde environ. Entre-temps, le bras 232 tourne et vient au contact du secteur opposé 235 et y applique un signal de plus 50 volts.
Ce signal positif, lorsqu'il est appliqué à la grille du tube 259, charge la ca thode de ce tube dans un sens positif pour appliquer une tension positive à la grille du tube 260. Ce der nier est normalement non conducteur, mais l'applica tion de la tension positive à la grille le rend conduc teur et entraîne sa plaque d'un potentiel sensiblement nul à moins 50 volts environ et cette valeur est aussi maintenue pendant une seconde environ du fait que la résistance 266 et le condensateur 267 fournissent une constante de temps assez grande. Suivant l'agencement particulier décrit, le bras de contact 232 tourne à une vitesse de 400 tours par minute et les réflexions de base se produisent à la fréquence de 2000 par seconde.
Les secteurs du com mutateur rotatif s'étendent en réalité sur 10 environ et ainsi ils reçoivent 9 impulsions réfléchies environ pour chaque révolution du commutateur rotatif. Lors que le palpeur est centré par rapport au mouvement pivotant latéral, les tensions appliquées aux résistan ces 257 et<B>261</B> sont sensiblement égales et opposées, de sorte qu'elles s'annulent et ne provoquent pas le fonctionnement de l'ensemble de commande 242.
Toutefois, si le palpeur est décentré, une des tensions prédomine par rapport à l'autre et provoque un dés équilibre dont le signe détermine le sens dans lequel le servomoteur doit tourner afin d'effectuer la cor rection et dont la valeur détermine le degré de rota tion nécessaire pour centrer correctement le palpeur.
L'ensemble de commande de la fig. 8 est suscep tible d'une application générale, en particulier en ce qui concerne le principe de la séparation d'une série de degrés de mouvement en vue d'un examen indivi duel. Il est aussi évident qu'on peut régler également des palpeurs émetteur et récepteur séparés, bien qu'ils doivent être déplacés de concert et agencés symétri quement par rapport à la région en cours de vérifi cation.
L'ensemble de commande est représenté comme consistant en des agencements à piston et cylindre reliés hydrauliquement, mais il n'y est nullement limité. Par exemple, les pistons pourraient être rem placés par des diaphragmes et ceci est facilement pos sible dans les applications de vérification de rail par ultrasons, attendu que le mouvement réel du pal peur est extrêmement faible. En fait, on pourrait utiliser des liaisons mécaniques entre l'arbre de mani velle et les tiges 114 et<B>115,</B> bien qu'une commande hydraulique soit préférable, attendu qu'elle permet de monter l'équipement volumineux dans le véhicule proprement dit, seules des conduites hydrauliques in dividuelles s'étendant vers le bas vers le chariot.
L'expérience peut dicter l'éventualité de prévoir des degrés de mouvement supplémentaires du palpeur et, attendu que cette application rendrait l'utilisation d'un vilebrequin incommode, on propose un agence ment modifié, comme représenté sur la fig. 10, dans laquelle un arbre de commande 270 est muni d'une came en saillie 271 qui actionne successivement des tiges de piston 272 qui portent des roues de contre- came 273. On peut voir qu'une série d'agencements à piston et cylindre 274 peuvent être ainsi action nés séparément.
Lorsqu'un chariot glisse sur un rail, il est soumis à de légères vibrations qui provoquent de légères augmentations et diminutions de la hauteur de la colonne d'eau et affectent ainsi le temps que mettent les ultrasons pour se déplacer vers la base du rail et en revenir. La disposition décrite permet ces varia tions, en utilisant un intervalle de détection d'une durée suffisante pour admettre ces changements de longueur de trajet et, comme mentionné, l'intervalle de détection doit permettre à la totalité de l'énergie de revenir de la base pour agir sur l'appareil indica teur.
Au cas où certains des changements de la lon gueur du trajet des échos de base dépassent la gamme dudit intervalle, le signal réfléchi ne sera détecté que si son amplitude dépasse une certaine valeur. Le rap port de l'amplitude de seuil pour détecter le signal réfléchi relativement à l'amplitude du signal transmis est une mesure de l'affaiblissement que le signal subit entre le temps de transmission et de détection.
Toutes les formes d'exécution décrites sont équi pées d'un dispositif de mouillage préalable de la sur face qui doit être soumise à des ondes élastiques par un liquide de couplage. Ce mouillage préalable amé liore grandement l'efficacité de couplage et facilite la transmission des ondes élastiques à travers la sur face. Ce principe de mouillage préalable n'est pas destiné à remplacer les agencements connus pour le couplage des ondes élastiques dans un corps, mais il complète ces agencements en ce sens qu'il rend les liquides de couplage utilisés beaucoup plus efficaces. Les avantages inhabituels provenant de ce mouillage préalable peuvent s'expliquer du fait qu'il faut une période de temps finie pour que le liquide de cou plage soit absorbé dans la surface du corps en cours de vérification et établisse le degré correct de mouil lage.
Dans la plupart des applications de vérification immobiles, on dispose habituellement d'un temps con venable pour que le liquide de couplage mouille cor rectement la surface du corps en cours de vérification et, dans ce cas, le contact n'est pas amélioré dans une grande mesure par le mouillage préalable de la surface de vérification. Toutefois, dans les applica tions dans lesquelles le palpeur et la surface à véri fier ne sont que momentanément en relation de tra vail, le mouillage préalable joue un rôle important.
Probablement, le mouillage qui est effectué direc tement au palpeur dans l'un ou l'autre des agence ments momentanés n'a pas suffisamment de temps pour établir un contact efficace et lorsque l'on utilise des processus de mouillage normaux conjointement au mouillage préalable, on obtient des améliorations notables de l'efficacité du couplage.
On a représenté à la fig. 11 une forme d'exécution équipée d'un dispositif de mouillage préalable. Un véhicule détecteur 320, qui est destiné à rouler sur un rail 321 et supporte un émetteur d'ondes élasti ques 322 en vue d'un contact par couplage avec le rail 321 est, dans ce cas particulier, un chariot ayant des bandages en caoutchouc classiques 323 pour se déplacer sur une route. Pour pouvoir se déplacer sur des rails, il est muni de roues avant et arrière à bou din 324 et 325 respectivement. Lorsqu'il se déplace sur la route, les roues à boudin 324 et 325 sont main tenues relevées par des agencements de poulies com mandés manuellement 326 et 327 respectivement.
Lorsqu'il se déplace sur les voies de chemin de fer, les bandages supportent le poids du véhicule et les roues à boudin servent à maintenir le véhicule sur les rails. Toutefois, il est évident qu'on peut aussi avoir recours à un véhicule détecteur d'un type voulu quelconque.
Le véhicule 320 est muni d'un réservoir d'eau 328 pour alimenter l'émetteur d'ondes élastiques 322 en liquide de couplage et à son extrémité avant il est muni d'une paire de conduites 329 qui supportent un distributeur sous forme d'une éponge 330 en ma tière absorbante, en contact de frottement avec la surface de chaque rail. Les éponges 330 sont aussi reliées au réservoir d'eau 328 par un tube souple approprié 331 pour alimenter les éponges en eau et appliquer ainsi une mince pellicule de liquide de couplage au rail.
Un robinet actionné manuellement 332 commande l'admission de l'eau dans les éponges et en raison de l'action régulatrice de l'éponge, il est possible de maintenir le réservoir d'eau 328 en com munication continue avec les éponges sans provoquer une consommation excessive en eau.
On remarquera que le dispositif émetteur d'on des élastiques 322 est monté sur le véhicule en un point situé sensiblement en arrière de l'endroit de montage des éponges 330, de sorte qu'il s'écoule une période de temps appréciable entre l'opération de mouillage préalable effectuée par les éponges et l'opération de détection effectuée par le dispositif d'ondes élastiques 322. Dans une construction pra tique, cet espacement est de 2,4 mètres environ, de sorte qu'avec un véhicule détecteur se déplaçant à 13 km à l'heure environ, il s'écoule deux tiers de seconde.
Cet intervalle de temps suffit pour permet tre à la pellicule d'eau de mouillage préalable d'être absorbée par la matière à la surface du rail, de sorte que le dispositif de couplage fournit un contact plus parfait pour la transmission des ondes élastiques dans le rail. Cet espacement et cette synchronisation sont typiques du principe de mouillage préalable. Naturel lement, on peut les augmenter tous deux sensiblement si la dimension du véhicule le permet. En outre, si l'ensemble de couplage est disposé derrière les roues arrière du véhicule, l'équipement de mouillage préala ble peut se trouver derrière les roues avant.
Pour porter le temps de mouillage préalable au maximum, il est préférable que les éponges de mouil lage préalables se trouvent en avant des bandages avant 323 et des roues à boudin avant 324, et bien que ces roues doivent passer sur les parties préalable ment mouillées du rail avant qu'elles soient soumises au dispositif de vérification, il s'est avéré en pratique que cet agencement n'affecte pas nuisiblement l'ac tion de mouillage préalable voulu. Le poids des roues surmonte facilement la tension superficielle de la pel licule et presse la pellicule de mouillage préalable sur la surface rugueuse du rail.
Un seul palpeur émetteur et récepteur 314 est représenté et il est commandé par des signaux élec- triques envoyés à partir d'un dispositif à ultrasons (non représenté) au moyen des fils conducteurs 351.
Les fig. 12 à 15 représentent une forme d'exécu tion comprenant un moyen destiné à établir un cou plage efficace par l'intermédiaire d'un jet d'eau qui est appliqué entre les surfaces en contact du dia phragme et du rail. Dans cette forme d'exécution particulière, le dis- positif émetteur des ondes élastiques est suspendu à partir du châssis du véhicule détecteur de façon qu'il glisse sur le rail et suive les divers contours de la surface du rail. Il existe un tel dispositif pour chaque rail.
Le dispositif de suspension est représenté en par ticulier sur les fig. 12 et 13 et comprend une paire d'éléments divergeant vers l'arrière 333, supportés à partir d'un élément commun 334 en vue d'un mou vement pivotant autour de l'essieu avant 335 du véhicule détecteur. Les extrémités opposées des élé ments divergents 333 sont reliées rigidement aux extrémités opposées d'un agencement de barres té lescopiques 336 qui a normalement tendance à se déployer afin de solliciter les dispositifs émetteurs d'ondes élastiques en contact latéral avec le rail. Un ressort interne 337 permet ce déploiement des barres télescopiques.
Chaque dispositif émetteur d'ondes élastiques comprend un élément de châssis principal allongé 338 qui supporte rigidement un patin de rail disposé horizontalement 339 destiné à venir au contact de la surface supérieure du rail 321 et un patin à rebord disposé verticalement 340, destiné à venir au contact de la surface interne du rail. Le patin à rebord 340 reçoit à la fois l'élément de support 333 et la barre télescopique associée.
On voit que les barres télesco piques agencées transversalement sollicitent les dis positifs émetteurs d'ondes élastiques vers l'extérieur dans les positions situées directement au-dessus du rail et ce mouvement vers l'extérieur est limité par le contact des patins à rebord 340 avec les bords des rails.
Le dispositif émetteur proprement dit est aussi monté sur l'élément de châssis principal 338 et com prend un palpeur 341 plongé dans une colonne de liquide de couplage qui est enfermée dans une cham bre supérieure 343 qui est supportée par un bras 342 fixé au patin à rebord et s'étendant vers l'arrière à partir de ce dernier. La chambre supérieure commu nique avec une chambre inférieure allongée 344 qui peut être formée par un tronçon de tube interne en caoutchouc hermétiquement fermé à ses extrémités par des éléments de serrage 345 et 346 portés par l'élément de châssis principal 338. La chambre infé rieure 344 est nécessairement remplie par le liquide de couplage. La partie de montage du palpeur est fixée au bras 342 par une plaque de montage 347.
On peut incorporer dans le dispositif des moyens pour régler l'orientation du palpeur par rapport à la sur face du rail, à volonté.
Un jet d'eau est prévu entre la chambre inférieure allongée 344 et la surface du rail en disposant une conduite d'alimentation en eau 349 en arrière du patin de rail 339 et en avant du diaphragme en caout chouc ou patin de couplage allongé 344. La conduite d'alimentation en eau 349 est alimentée à partir du réservoir d'eau porté par le véhicule et est de préfé rence solidaire de la charpente du dispositif émetteur, comme indiqué par la console 350. L'emplacement particulier de cette conduite entre le patin du rail et le patin de couplage est très important pour obtenir un couplage efficace.
On doit noter que le patin de rail passe sur les parties préalablement mouillées du rail avant le dispositif de couplage, mais il n'altère en aucune façon l'action de couplage qui est établie par la solution de mouillage préalable. Toutefois, lorsque le jet d'eau est également situé en avant du patin de rail, l'action de frottement du patin de rail empêche l'établissement d'un couplage correct entre le patin de couplage et la surface du rail.
L'agencement de mouillage et du dispositif de couplage particulier représenté atteint un maximum d'efficacité de couplage à la fois en raison de l'agen cement permettant d'obtenir un mouillage préalable des surfaces à vérifier et également en raison de l'em placement particulier du jet d'eau. L'utilisation d'un palpeur enfermé dans un récipient diminue la con sommation en eau d'une façon appréciable et il en est de même de l'application du principe de mouil lage préalable et de l'emplacement particulier du jet d'eau.