La présente invention concerne un dispositif de mesure des défauts internes des rails d'une voie ferrée et plus particulièrement un dispositif à ultrasons destiné à travailler en voie. Les dispositifs permettant d'analyser un corps grâce à un faisceau d'ultrasons sont bien connus et sont utilisés pour la mesure des défauts internes des rails d'une voie ferrée aussi bien en voie qu'en atelier. Selon ce principe, un faisceau d'ultrasons est émis en direction du rail par une sonde placée sur la table de roulement du rail, l'énergie réfléchie par le rail et ses défauts est ensuite détectée, puis mesurée par des circuits électroniques adéquats. Les brevets US 4 662 224 et US 4 700 574 divulguent des méthodes de mesure ainsi que des dispositifs pour leur mise en oeuvre.
Il est essentiel pour obtenir une mesure fiable de tous les défauts du rail d'assurer le meilleur contact sonore possible entre la sonde et le rail.
La position géométrique des rails n'est jamais parfaite et les défauts d'alignement, les déformations ponctuelles ou des discontinuités du rail ont pour effet de faire sauter les sondes sur le rail et de ce fait de faire perdre la liaison acoustique pertubant ainsi les mesures. Ces perturbations sont d'autant plus importantes que la vitesse de travail est élevée. Les appareils de voie, comme les aiguillages par exemple, constituent des discontinuités importantes et imposent des contraintes élevées aux sondes pouvant conduire à l'arrachement de ces dernières lors du passage du véhicule de mesure.
Les chariots d'auscultation existants comportent une dizaine de sondes par files de rails pour assurer un contrôle complet de tous les défauts du rail. Ces sondes sont en général portées par une poutre commune entraînée et guidée le long du rail par des moyens adéquats. Vu la longueur nécessaire de cette poutre de support, sa masse et le nombre de sondes portées, il est extrêmement difficile de garantir constamment un contact sonde-rail parfait pour toutes les sondes et de ce fait ces dispositifs ne sont pas adaptés à l'auscultation des rails à des vitesses élevées.
Le but de la présente invention est d'obvier aux inconvénients cités précédemment. La titulaire propose à cet effet un dispositif de mesure par ultrasons destiné à être monté sous un véhicule ferroviaire qui garantit un contact sonore parfait entre chaque sonde et le rail. Ce dispositif permet également d'éviter que les sondes ne soient endommagées lors du passage sur des discontinuités importantes des rails. Il est ainsi possible grâce au dispositif objet de la présente invention d'effectuer des mesures fiables de tous les défauts internes d'un rail à des vitesses élevées, de l'ordre de 100 km/h.
La présente invention a pour objet un dispositif de mesure muni de sondes ultrasonores qui se distingue par les caractéristiques énumérées à la revendication 1. D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la des cription détaillée de l'invention.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple deux formes d'exécution du dispositif de mesure selon la présente invention.
La fig. 1 est une vue de côté en coupe partielle du dispositif de mesure selon la présente invention.
La fig. 2 est une vue partielle de dessus du dispositif illustré à la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de dessus de la semelle du dispositif illustré à la fig. 1.
La fig. 4 est une vue de côté de plusieurs dispositifs de mesure selon la présente invention, montés sous un véhicule ferroviaire.
La fig. 5 est une vue de côté en coupe partielle d'une seconde forme d'exécution de la partie inférieure du dispositif de mesure.
La fig. 6 est une vue de dessus du dispositif illustré à la fig. 5.
La fig. 7 est une vue schématique de côté d'un véhicule ferroviaire comportant le dispositif de mesure objet de la présente invention.
La fig. 8 est une vue de côté d'un dispositif de nettoyage d'une file de rails en position relevée.
La fig. 9 est une vue de côté du dispositif illustré à la fig. 8 en position de travail.
La fig. 1 illustre le dispositif de mesure par ultrasons qui comporte un patin 1 comprenant deux logements dans lesquels peuvent coulisser verticalement des sondes ultrasonores 2. La partie supérieure du patin 1 comporte un montant central 3 muni de deux bras latéraux 4, 5 reliant respectivement le montant avant 6 et le montant arrière 7 du patin 1. Chaque sonde 2 est montée sous une plaque de support 8. Ces plaques de support 8 sont reliées aux bras latéraux 4, 5 par l'intermédiaire de vérins à pression ajustable 9. Ces vérins 9 permettent d'appuyer les sondes 2 contre le rail avec une force déterminée. La pression d'appui délivrée par ces vérins 9 peut être asservie à la vitesse d'avancement du dispositif. Plus la vitesse est élevée, plus grande sera la pression avec laquelle il faut appliquer les sondes sur le rail pour éviter qu'elles ne sautent.
En lieu et place des vérins 9 on peut prévoir des ressorts tarés. La course verticale des sondes est limitée vers le bas par les plaques de support 8 dont les dimensions sont plus grandes que celles des logements dans lesquels coulissent les sondes 2. On évite ainsi qu'une sonde 2 ne tombe au passage d'une discontinuité importante du rail, comme le coeur d'un aiguillage par exemple. Une semelle 10 munie de découpes qui correspondent aux logements du patin 1 est fixée par des vis (non illustrée) sous le patin 1. Cette semelle généralement réalisée en matière plastique permet au patin de glisser sur le rail en réduisant les frottements et l'usure. Les logements dans lesquels coulissent les sondes 2 présentent dans leur partie basse, juste en dessus de la semelle 10, un léger épaulement 11 qui assure un guidage longitudinal et transversal des sondes par rapport au rail.
La partie supérieure du patin 1 est reliée à un cadre constitué d'une poutre de support 12 sur laquelle sont fixées deux plaques latérales, une plaque avant 21 et une plaque arrière 22. Les montants verticaux du patin 1 avant 6 et arrière 7 sont reliés par l'intermédiaire de deux vérins 13 à la poutre de support 12. Ces vérins 13 permettent d'appliquer la semelle 10 du patin 1 contre le rail avec une force déterminée et de relever le patin lors de la marche haut-le-pied par exemple. Des anneaux déformables 14 réalisés en caoutchouc relient respectivement les montants verticaux avant 6 et arrière 7 du patin 1 aux plaques avant 21 et arrière 22 du cadre. Ces anneaux déformables 14 permettent l'entraînement du patin dans le sens de la marche. Ils permettent également d'amortir les vibrations des sondes 2 et du patin 1 lors de l'avance du dispositif.
Les anneaux déformables 14 peuvent être remplacés par tout organe élastique, comme des ressorts ou des silent-bloc. Des goupilles 23 montées dans les montants avant 6 et arrière 7 du patin 1 coulissent verticalement dans des logements pratiqués dans les plaques avant 21 et arrière 22 du cadre. Ces logements se présentent sous la forme d'une fente verticale dont la largeur correspond au diamètre des goupilles 23. Ces goupilles 23 assurent de ce fait à la fois un guidage latéral du patin par rapport au cadre et une limitation de la course du patin vers le bas lors de son déplacement par rapport au cadre sous l'action des vérins 13.
Le patin 1 comporte des conduits de distribution 15 et de récupération 16 d'eau situés dans le corps du patin 1 comme illustré à la fig. 2. Le conduit 15 d'amenée d'eau débouche grâce à des canaux 17, 17 min à l'avant des sondes 2 dans une chambre constituée par la découpe de la semelle 10. Le conduit 16 de récupération d'eau débouche par des canaux 18, 18 min à l'arrière de chaque sonde 2 dans une chambre constituée par la découpe de la semelle 10. Il est ainsi possible d'amener par les canaux 17, 17 min de l'eau dans la chambre située à l'avant des sondes de sorte qu'un film d'eau se forme entre la sonde 2 et le rail, garantissant de ce fait un excellent contact sonore entre la sonde et le rail.
La fig. 3 illustre la forme des découpes pratiquées dans la semelle 10 et donc la configuration des chambres qu'elles définissent à l'avant et à l'arrière des sondes. Ces découpes 19, 20 reproduisent la forme rectangulaire des sondes dans leur partie centrale pour permettre le passage de la sonde 2 et se prolongent vers l'avant et vers l'arrière par une découpe en forme de triangle. La forme triangulaire de ces découpes favorise une distribution uniforme de l'eau à l'avant des sondes et permet de concentrer l'eau à récupérer vers les canaux de récupération 18, 18 min à l'arrière des sondes 2. Grâce à cette configuration, il est possible non seulement de garantir un bon contact sonore sonde-rail, mais également la récupération d'une grande quantité d'eau, ce qui augmente l'autonomie de l'installation de mesure en voie.
La forme symétrique du dispositif et des découpes de la semelle permet l'utilisation du dispositif aussi bien en marche avant qu'en marche arrière. On veillera lors du changement du sens de marche à permuter les alimentations des conduits 17, 17 min 18, 18 min .
La fig. 4 est une vue de profil illustrant un chariot d'auscultation monté sous un véhicule ferroviaire et comportant plusieurs unités de mesure objet de la présente invention.
Dans le but d'une part d'économiser l'eau nécessaire au fonctionnement de l'installation de mesure et de ce fait d'augmenter l'autonomie de cette dernière, et d'autre part, d'améliorer le contact entre la sonde et le rail, il est proposé une seconde forme d'exécution du dispositif de mesure portant les sondes. Cette seconde forme d'exécution va être décrite en référence aux fig. 5 et 6. Les conduits d'amenée 15 et de récupération 16 d'eau alimentent des buses de giclage 24. Ces buses de giclage 24 ont un diamètre d'ouverture d'environ 0,4 mm et fonctionnent à une pression comprise entre 10 et 15 bars. Elles permettent la formation d'un cône d'eau finement pulvérisée. Le cône d'eau ainsi formé a une ouverture d'environ 35 DEG et la distance entre la base du cône et l'ouverture de la buse 24 est d'environ 15 mm.
Grâce au dimensionnement et à l'orientation de ces buses 24, il est possible de former le film d'eau nécessaire au bon contact sonde-rail de façon optimale. En effet la périphérie de la base du cône d'eau formé par ces buses 24 se trouve directement en contact avec le rail et favorise la formation d'un film d'eau uniforme sur le champignon du rail. Le réglage du débit des buses 24 peut être asservi à la vitesse d'avancement du dispositif, ce qui permet la formation d'un film d'eau optimal. Il est ainsi possible de réduire encore la consommation d'eau par rapport à la première forme d'exécution illustrée aux fig. 1 à 3.
La fig. 7 illustre de façon schématique un véhicule ferroviaire portant un chariot d'auscultation 26 compor tant un ensemble d'unités de mesures 1. Ce chariot 26 comporte également des moyens de relevage constitués de vérins hydrauliques 27 qui permettent la marche haut-le-pied de l'installation. Ce chariot 26 est également relié au châssis du véhicule ferroviaire par l'intermédiaire de timons 29 qui permettent l'entraînement du chariot 26 dans le sens de marche voulu. Ce chariot de mesure 26 est extensible transversalement et comporte des moyens (non représentés) permettant de plaquer les roues à boudins 28 contre le flanc intérieur du rail assurant de ce fait un guidage latéral et transversal adéquat du chariot d'auscultation 26.
De part et d'autre du dispositif comportant les unités de mesure 1, on trouve un dispositif de nettoyage du rail 30, 30 min qui sera décrit plus en détail ci-dessous. Situées devant les dispositifs de nettoyage du rail 30, 30, dans le sens de la marche, et montées sur le chariot 26 on trouve des buses de nettoyage 31, 31 min . Ces buses de nettoyage 31, 31 min sont alimentées en eau à une pression d'environ 100 bars et permettent d'éliminer les déchets ou la poussière se trouvant sur le rail avant le passage des unités de mesure 1. Les buses 31, 31 min sont agencées de façon à gicler le rail avec un angle d'environ 150 par rapport à l'axe vertical.
Le circuit général de distribution d'eau comporte une pompe à piston capable de délivrer l'eau nécessaire à une pression maximale d'environ 180 bars depuis un réservoir d'eau situé sur le véhicule ferroviaire. Le circuit de distribution d'eau alimente directement un premier circuit à haute pression qui délivre l'eau aux buses de nettoyage 31, 31 min et, par l'intermédiaire d'un réducteur de pression un second circuit de distribution qui alimente les buses de giclage 24 pour former le film d'eau à la surface du rail à une pression d'environ 15 bars.
Des essais en voie ont montré qu'il n'était pas possible d'éliminer complètement les déchets sur le rail uniquement à l'aide des buses de nettoyage 31, 31 min c'est pourquoi les dispositifs de nettoyage 30, 30 min ont été agencés derrière les buses de nettoyage 31, 31 min . Ces dispositifs de nettoyage vont maintenant être décrits en référence aux fig. 8 et 9.
Le dispositif de nettoyage illustré à la fig. 8 comporte un sabot 32 muni de fentes 33, monté par l'intermédiaire de vérins à pression ajustable 34 dans un berceau 35. Les vérins 34 permettent d'ajuster de façon précise la force de contact entre le sabot 32 et le rail. Ce sabot 32 est entraîné dans le sens de marche grâce à des anneaux déformables 36 qui ont également pour fonction d'amortir les vibrations du sabot 32. Le berceau 35 est relié à une plaque de fixation 37 qui est montée sous le chariot 26 par l'intermédiaire de deux bielles 38, 39 pivotées à l'une de leur extrémité dans la partie supérieure du berceau 35 et à leur autre extrémité dans la plaque de fixation 37.
Un vérin hydraulique 40, dont le corps du cylindre est relié à la base de la plaque de fixation 37 et la tige au montant supérieur 38 permet de relever l'ensemble du berceau 35 comportant le sabot de nettoyage 32. Il est ainsi possible de relever, comme l'illustre la fig. 9, l'ensemble du dispositif de nettoyage pour la marche haut-le-pied par exemple. Le sabot 32 racle la surface du rail avec une force déterminée grâce aux vérins d'appui 34 per mettant ainsi d'éliminer les déchets collés sur le rail. Les déchet sont ensuite évacués vers l'extérieur par l'intermédiaire des fentes 33.
The present invention relates to a device for measuring the internal defects of the rails of a railroad track and more particularly to an ultrasonic device intended to work on the track. The devices making it possible to analyze a body by means of an ultrasound beam are well known and are used for the measurement of internal defects of the rails of a railroad track both in track and in the workshop. According to this principle, an ultrasound beam is emitted towards the rail by a probe placed on the rail running table, the energy reflected by the rail and its faults is then detected and then measured by suitable electronic circuits. US Patents 4,662,224 and US 4,700,574 disclose measurement methods as well as devices for their implementation.
It is essential to obtain a reliable measurement of all rail faults to ensure the best possible sound contact between the probe and the rail.
The geometrical position of the rails is never perfect and the misalignments, point deformations or discontinuities of the rail have the effect of causing the probes to jump on the rail and thereby losing the acoustic connection thus disturbing the measurements . These disturbances are all the more important the higher the working speed. The track devices, such as the switches for example, constitute significant discontinuities and impose high constraints on the probes which can lead to the tearing of the latter during the passage of the measurement vehicle.
Existing auscultation carriages include a dozen probes per rail file to ensure complete control of all rail faults. These probes are generally carried by a common beam driven and guided along the rail by suitable means. Given the necessary length of this support beam, its mass and the number of probes carried, it is extremely difficult to constantly guarantee perfect probe-rail contact for all probes and therefore these devices are not suitable for monitoring rails at high speeds.
The object of the present invention is to overcome the drawbacks mentioned above. To this end, the licensee offers an ultrasonic measurement device intended to be mounted under a rail vehicle which guarantees perfect sound contact between each probe and the rail. This device also makes it possible to prevent the probes from being damaged when passing over significant discontinuities of the rails. It is thus possible, thanks to the device which is the subject of the present invention, to carry out reliable measurements of all the internal faults of a rail at high speeds, of the order of 100 km / h.
The subject of the present invention is a measuring device fitted with ultrasonic probes which is distinguished by the characteristics listed in claim 1. Other advantages emerge from the characteristics expressed in the dependent claims and from the detailed description of the invention.
The accompanying drawing illustrates schematically and by way of example two embodiments of the measuring device according to the present invention.
Fig. 1 is a side view in partial section of the measuring device according to the present invention.
Fig. 2 is a partial top view of the device illustrated in FIG. 1.
Fig. 3 is a top view of the sole of the device illustrated in FIG. 1.
Fig. 4 is a side view of several measuring devices according to the present invention, mounted under a railway vehicle.
Fig. 5 is a side view in partial section of a second embodiment of the lower part of the measuring device.
Fig. 6 is a top view of the device illustrated in FIG. 5.
Fig. 7 is a schematic side view of a rail vehicle comprising the measuring device which is the subject of the present invention.
Fig. 8 is a side view of a device for cleaning a file of rails in the raised position.
Fig. 9 is a side view of the device illustrated in FIG. 8 in working position.
Fig. 1 illustrates the ultrasonic measurement device which comprises a shoe 1 comprising two housings in which ultrasonic probes can slide vertically 2. The upper part of the shoe 1 comprises a central upright 3 provided with two lateral arms 4, 5 connecting respectively the front upright 6 and the rear upright 7 of the shoe 1. Each probe 2 is mounted under a support plate 8. These support plates 8 are connected to the lateral arms 4, 5 by means of adjustable pressure jacks 9. These jacks 9 allow press the probes 2 against the rail with a determined force. The contact pressure delivered by these jacks 9 can be controlled by the speed of advance of the device. The higher the speed, the greater the pressure with which the sensors must be applied to the rail to prevent them from jumping.
Instead of the cylinders 9 it is possible to provide calibrated springs. The vertical travel of the probes is limited downwards by the support plates 8, the dimensions of which are larger than those of the housings in which the probes slide. This prevents a probe 2 from falling when passing a significant discontinuity. rail, like the heart of a switch for example. A sole 10 provided with cutouts which correspond to the housings of the shoe 1 is fixed by screws (not shown) under the shoe 1. This sole, generally made of plastic, allows the shoe to slide on the rail, reducing friction and wear. . The housings in which the probes 2 slide have in their lower part, just above the sole 10, a slight shoulder 11 which provides longitudinal and transverse guidance of the probes relative to the rail.
The upper part of the shoe 1 is connected to a frame consisting of a support beam 12 on which are fixed two side plates, a front plate 21 and a rear plate 22. The vertical uprights of the shoe 1 before 6 and rear 7 are connected by means of two jacks 13 to the support beam 12. These jacks 13 make it possible to apply the sole 10 of the shoe 1 against the rail with a determined force and to raise the shoe when walking up and down by example. Deformable rings 14 made of rubber respectively connect the front 6 and rear 7 vertical uprights of the shoe 1 to the front 21 and rear 22 plates of the frame. These deformable rings 14 allow the skate to be driven in the direction of travel. They also make it possible to dampen the vibrations of the probes 2 and of the pad 1 when the device advances.
The deformable rings 14 can be replaced by any elastic member, such as springs or silent-blocks. Pins 23 mounted in the front 6 and rear 7 uprights of the shoe 1 slide vertically in housings made in the front 21 and rear 22 plates of the frame. These housings are in the form of a vertical slot whose width corresponds to the diameter of the pins 23. These pins 23 thereby ensure both lateral guidance of the shoe relative to the frame and a limitation of the travel of the shoe towards the bottom during its movement relative to the frame under the action of the jacks 13.
The shoe 1 comprises distribution and recovery pipes 16 for water 16 located in the body of the shoe 1 as illustrated in FIG. 2. The pipe 15 for supplying water opens out by means of channels 17, 17 min at the front of the probes 2 in a chamber formed by cutting the sole 10. The pipe 16 for recovering water opens out through channels 18, 18 min at the rear of each probe 2 in a chamber formed by cutting the sole 10. It is thus possible to bring water, through channels 17, 17 min, into the chamber located at the before the probes so that a film of water forms between the probe 2 and the rail, thereby guaranteeing excellent sound contact between the probe and the rail.
Fig. 3 illustrates the shape of the cutouts made in the sole 10 and therefore the configuration of the chambers that they define at the front and at the rear of the probes. These cutouts 19, 20 reproduce the rectangular shape of the probes in their central part to allow the passage of the probe 2 and extend forwards and backwards by a cutout in the shape of a triangle. The triangular shape of these cutouts favors a uniform distribution of the water at the front of the probes and allows the water to be collected to be concentrated towards the recovery channels 18, 18 min behind the probes 2. Thanks to this configuration , it is possible not only to guarantee good sound sensor-rail contact, but also the recovery of a large amount of water, which increases the autonomy of the measuring installation on the track.
The symmetrical shape of the device and the cutouts of the sole allow the device to be used both forwards and backwards. When changing the operating direction, care must be taken to swap the power supplies for the conduits 17, 17 min 18, 18 min.
Fig. 4 is a side view illustrating an auscultation carriage mounted under a railway vehicle and comprising several measurement units object of the present invention.
With the aim on the one hand of saving the water necessary for the operation of the measuring installation and thereby increasing the autonomy of the latter, and on the other hand, improving the contact between the probe and the rail, a second embodiment of the measuring device carrying the probes is proposed. This second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. The water supply and recovery pipes 15 and 16 supply spray nozzles 24. These spray nozzles 24 have an opening diameter of approximately 0.4 mm and operate at a pressure of between 10 and 15 bars. They allow the formation of a finely sprayed water cone. The water cone thus formed has an opening of approximately 35 DEG and the distance between the base of the cone and the opening of the nozzle 24 is approximately 15 mm.
Thanks to the dimensioning and the orientation of these nozzles 24, it is possible to form the film of water necessary for good probe-rail contact in an optimal manner. Indeed the periphery of the base of the water cone formed by these nozzles 24 is directly in contact with the rail and promotes the formation of a uniform film of water on the head of the rail. The adjustment of the flow rate of the nozzles 24 can be controlled by the speed of advance of the device, which allows the formation of an optimal film of water. It is thus possible to further reduce the consumption of water compared to the first embodiment illustrated in FIGS. 1 to 3.
Fig. 7 schematically illustrates a railway vehicle carrying an auscultation carriage 26 comprising a set of measurement units 1. This carriage 26 also comprises lifting means constituted by hydraulic jacks 27 which allow the walking up and down the installation. This carriage 26 is also connected to the chassis of the rail vehicle by means of drawbars 29 which allow the carriage 26 to be driven in the desired direction of travel. This measuring carriage 26 is transversely extendable and comprises means (not shown) making it possible to press the flanged wheels 28 against the inner flank of the rail thereby ensuring adequate lateral and transverse guidance of the monitoring carriage 26.
On either side of the device comprising the measurement units 1, there is a device for cleaning the rail 30, 30 min which will be described in more detail below. Located in front of the rail cleaning devices 30, 30, in the direction of travel, and mounted on the carriage 26 are cleaning nozzles 31, 31 min. These cleaning nozzles 31, 31 min are supplied with water at a pressure of about 100 bars and make it possible to eliminate the waste or dust on the rail before the passage of the measurement units 1. The nozzles 31, 31 min are arranged to squirt the rail at an angle of about 150 relative to the vertical axis.
The general water distribution circuit includes a piston pump capable of delivering the necessary water at a maximum pressure of around 180 bars from a water tank located on the rail vehicle. The water distribution circuit directly supplies a first high-pressure circuit which delivers water to the cleaning nozzles 31, 31 min and, via a pressure reducer a second distribution circuit which supplies the cleaning nozzles spray 24 to form the film of water on the surface of the rail at a pressure of approximately 15 bars.
Track tests have shown that it was not possible to completely eliminate the waste on the rail only using the cleaning nozzles 31, 31 min, which is why the cleaning devices 30, 30 min were arranged behind the cleaning nozzles 31, 31 min. These cleaning devices will now be described with reference to FIGS. 8 and 9.
The cleaning device illustrated in fig. 8 comprises a shoe 32 provided with slots 33, mounted by means of adjustable pressure jacks 34 in a cradle 35. The jacks 34 make it possible to precisely adjust the contact force between the shoe 32 and the rail. This shoe 32 is driven in the direction of travel by means of deformable rings 36 which also have the function of damping the vibrations of the shoe 32. The cradle 35 is connected to a fixing plate 37 which is mounted under the carriage 26 by the by means of two connecting rods 38, 39 pivoted at one of their ends in the upper part of the cradle 35 and at their other ends in the fixing plate 37.
A hydraulic cylinder 40, the cylinder body of which is connected to the base of the fixing plate 37 and the rod to the upper upright 38 makes it possible to raise the whole of the cradle 35 comprising the cleaning shoe 32. It is thus possible to raise , as illustrated in fig. 9, the entire cleaning device for walking up, for example. The shoe 32 scrapes the surface of the rail with a determined force thanks to the support jacks 34 thereby eliminating the waste stuck on the rail. The waste is then discharged to the outside via the slots 33.