CH716776A2 - Procéde, dispositif et véhicule ferroviaire de reprofilage de rails de voies ferrées. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de reprofilage de rails (2) de voies ferrées consistant à usiner une surface 5 de ce rail (2) destinée à venir en contact avec les roues d'un véhicule ferroviaire. Ce procédé se distingue en ce qu'on réalise cet usinage par rayons lasers en déplaçant, à vitesse contrôlée axialement au rail (2) et à distance déterminée par rapport à ladite surface (5) à usiner du rail (2), un nombre défini de têtes à rayons lasers s'étendant transversalement au rail (2) pour couvrir ladite surface (5) à usiner. L'invention concerne encore un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé et un véhicule ferroviaire équipé au moins d'un tel dispositif de reprofilage.

Description

[0001] L'invention concerne un procédé de reprofilage de rails de voies ferrées, un dispositif de reprofilage pour la mise en oeuvre de ce procédé et un véhicule ferroviaire équipé au moins d'un tel dispositif de reprofilage.

[0002] La présente invention concerne le domaine du reprofilage de rails de voies ferrées, qu'il s'agisse de lignes de chemins de fer traditionnelles ou à grande vitesse, de lignes de métros ou de tramways ou de chemins de fer spécifiques, tels que ceux que l'on retrouve sur les sites industriels, d'exploitation de minerais, de ports aéronautiques ou portuaires, etc...

[0003] Il est d'ores et déjà d'usage d'assurer un reprofilage des rails de voies ferrées notamment pour limiter les nuisances et impacts engendrés par un rail mal profilé. Ce reprofilage peut intervenir de manière curative, préventive ou cyclique.

[0004] En effet, il a été relevé qu'au passage successif des trains, métros, tramways ou tout autre véhicule amené à circuler sur ces voies, la surface de roulement des rails, à savoir la surface en contact avec lesdits véhicules, peut être marquée par différents impacts, par exemple de ballasts, en plus du matage qui s'en suit et de ses possibles conséquences, comme la formation d'ondulations longitudinales ou un effet d'écaillage, encore dénommé „head check“, voire de fissurage.

[0005] Ces dommages causés aux rails, s'ils ne sont pas corrigés rapidement ou traités de manière préventive et/ou cyclique ont tendance à s'aggraver au point de pouvoir représenter un danger pour les utilisateurs de ces voies ferrées.

[0006] Ces différentes dégradations sont, en effet, source de vibration et ont pour conséquence, non seulement d'augmenter l'effet de fatigue et de vieillissement du rail, mais aussi d'endommager les voies elles-mêmes, en particulier les traverses, les fixations des rails sur ces dernières et les ballastes. Ces vibrations sont aussi dommageables pour les infrastructures alentours.

[0007] De plus, le mauvais état de surface des rails peut s'accompagner de nuisances sonores au passage des trains, un phénomène auquel les exploitants des lignes de chemin de fer, tramway, métro ou autre sont contraints de limiter l'importance, grâce à un entretien régulier des rails.

[0008] Il existe aujourd'hui différentes techniques de reprofilage de ces rails de voies ferrées.

[0009] La solution la plus commune consiste à réaliser un meulage des rails dont un des problèmes est qu'il engendre des particules de métal incandescentes, lesquelles sont régulièrement la cause d'incendies. En effet, l'accumulation de ces particules de métal incandescentes, notamment sur la structure du véhicule ferroviaire équipé des moyens de reprofilage adaptés, crée des scories incandescentes. Celles-ci, en retombant sur les voies peuvent être sources d'incendies et de dommages directement sur les voies ou sur d'autres pièces mécaniques ou électrotechniques qui les équipent.

[0010] En plus des particules incandescentes, les opérations de meulage génèrent de grandes quantités de poussières nécessitant d'équiper les trains de reprofilage de moyens d'aspiration adéquats en aval des outils de meulage. Pour autant, on ne peut éviter le dépôt de poussière et de scorie sur les outillages de reprofilage, ce qui impose des opérations de nettoyage très fréquentes de ceux-ci ainsi que des installations à proximité des voies ferrées. Ainsi, lorsque ce reprofilage intervient dans des tunnels, il peut même être nécessaire d'étendre ce nettoyage aux caténaires sur lesquels se déposent cette poussière.

[0011] A noter encore que les véhicules ferroviaires ou trains meuleurs équipés de tels systèmes de meulage sont nécessairement équipés de systèmes anti-incendies pour pallier, autant que faire se peut, au risque important d'incendie encouru en cours d'opérations de reprofilage de rails. De tels systèmes anti-incendies se présentent généralement sous forme de systèmes d'arrosage adapté, permettant un arrosage préventif en amont et/ou en aval du meulage, afin de limiter les démarrages de feux et les détériorations diverses.

[0012] Dans tous les cas, cette solution de reprofilage par meulage impose une maintenance quotidienne et fastidieuse des trains meuleurs, non seulement pour le remplacement des meules usées, mais aussi pour procéder à un nettoyage systématique des outils de reprofilage.

[0013] Une seconde solution technique plus récemment mise en oeuvre pour assurer le reprofilage des rails de voies ferrées, est celle du fraisage qui permet de remédier à la problématique de production d'étincelles et de fines particules volatiles et par voie de conséquence, à celle des scories incandescentes génératrices d'incendies.

[0014] Pour autant, le fraisage produisant des stries sur la surface de roulement reprofilée du rail, stries qui peuvent s'étendre transversalement à l'axe longitudinal de ce rail, une opération de finition peut s'imposer en aval du fraisage. Cette finition consistant généralement en un meulage adapté, elle peut induire une production d'étincelles, de poussières et de scories, même si c'est en moindre quantité qu'avec un train de meulage.

[0015] Par ailleurs, le fraisage s'effectue au moyen de têtes de fraisage à plaquettes d'usinage multiples dont le profil est adapté à l'opération d'usinage réalisée. Pour cette raison, le choix des outils de fraisage détermine le profil de la surface de roulement du rail après reprofilage, profil appelé profil cible ci-après.

[0016] Par conséquent, si l'on souhaite modifier ce profil cible, notamment en fonction de la nature de l'usure ou de la déformation d'un rail, cela ne peut être obtenu qu'en changeant des outils de fraisage. Il convient donc d'arrêter l'opération de reprofilage pour procéder à ce changement, puis de redémarrer celle-ci pour conférer au rail le nouveau profil cible résultant des outils de fraisage de remplacement.

[0017] Là encore, des opérations de maintenance s'avèrent quotidiennes et fastidieuses sont nécessaires, en particulier pour le remplacement des multiples plaquettes sur chacune des têtes d'usinage.

[0018] C'est dans le cadre d'une première démarche inventive qu'il a été pris en compte la faible profondeur d'enlèvement de matière résultant de ces opérations de reprofilage de rails. Ainsi, lors d'une maintenance préventive, qui est la plus fréquemment mise en œuvre, l'enlèvement de matière est de l'ordre de 0,3 mm environ, alors qu'elle atteint 1, 2 voire 3 mm ou plus lors d'une maintenance curative du rail.

[0019] C'est dans le cadre d'une seconde démarche inventive que l'on a reconsidéré le type d'outil adapté pour assurer un tel enlèvement de matière sur une surface de 70 mm à 100 mm de large environ, sur la tête du champignon du rail, légèrement davantage du côté intérieur à la voie que du côté extérieur.

[0020] C'est ainsi que, selon l'invention, il a été imaginé de réaliser ce reprofilage par creusement contigu d'une pluralité de sillons à la profondeur souhaitée, ceci au moyen de rayons lasers et plus particulièrement encore, de rayons lasers sous jet d'eau.

[0021] Si un procédé d'usinage par laser classique permet d'obtenir de bons résultats, ces lasers classiques sont cependant générateurs d'étincelles. De plus, ils doivent respecter une distance bien précise par rapport à la surface à usiner en fonction de leur point focal, distance qui doit être maintenue constante pour une certaine profondeur d'usinage, et donc, un enlèvement de matière correspondant à une consigne précise.

[0022] La solution préférée d'un procédé de reprofilage par rayons lasers avec jet d'eau vient avantageusement remédier à ces inconvénients en répondant de manière préférentielle à l'objectif visé par l'invention.

[0023] Ainsi, l'invention concerne un procédé de reprofilage de rails de voies ferrées consistant à usiner une surface de ce rail destinée à venir en contact avec les roues d'un véhicule ferroviaire, caractérisé par le fait qu'on réalise cet usinage par rayons lasers en déplaçant, à vitesse contrôlée axialement au rail et à distance déterminée par rapport à ladite surface à usiner du rail, un nombre défini de têtes à rayons lasers s'étendant transversalement au rail pour couvrir ladite surface à usiner.

[0024] De manière encore plus avantageuse, on réalise cet usinage au moyen de têtes à rayons laser avec jet d'eau.

[0025] L'invention concerne encore un dispositif de reprofilage de rails apte à équiper un véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un support comprenant des moyens de fixation et de raccordement, notamment électriques, audit véhicule et équipé d'une pluralité de têtes à rayons lasers configuré pour s'étendre transversalement à un rail à usiner, ledit dispositif comportant encore des moyens de réglage en position dites têtes à rayons lasers.

[0026] L'invention concerne encore un véhicule ferroviaire équipé d'au moins un tel dispositif de reprofilage.

[0027] Les avantages essentiels découlant de la présente invention consistent en ce qu'un reprofilage par rayons lasers et plus particulièrement par rayons lasers avec jet d'eau, permet de remédier à l'ensemble des inconvénients résultant des techniques de meulage ou de fraisage existantes.

[0028] D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre et qui se rapporte à un exemple de réalisation.

[0029] La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins en annexe dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématisée et en coupe d'un rail de voie ferrée, la figure 2 illustre l'action d'un rayon laser avec jet d'eau en comparaison à celle d'un rayon laser traditionnel se propageant dans l'air ; La figure 3 est une représentation schématisée de l'action d'usinage d'un faisceau laser sur la surface d'un rail à reprofiler, la figure 4 est une représentation schématisée de l'action d'une pluralité de lasers d'un dispositif de reprofilage selon l'invention sur la surface d'un rail à reprendre, la figure 5 est une illustration schématisée d'un tel dispositif de reprofilage selon l'invention, la figure 6 est une illustration d'un véhicule pour voies ferrées équipé d'au moins un dispositif de reprofilage conforme à l'invention.

[0030] La présente invention concerne un procédé et un dispositif 1 pour le reprofilage de rails de voies ferrées.

[0031] Comme souhaite l'illustrer la figure 1 des dessins joints en annexe, représentant une vue en coupe d'un rail 2 comportant dans sa partie supérieure 3 une forme de champignon, l'action de reprofilage consiste à usiner cette partie supérieure 3 sur une surface 5 s'étendant davantage sur le côté intérieur 6 de ce rail 2, orienté vers l'intérieur de la voie, que par rapport au côté 7 extérieur par rapport à cette voie.

[0032] Si l'on prend comme référentiel une normale verticale N par rapport à cette surface 5 en partie supérieure 3 du rail 2, le reprofilage s'étend sensiblement, du côté intérieur 6, jusqu'à ce que la normale à cette surface 5 forme un angle d'environ -70° et un angle d'environ +15° du côté extérieur 7 par rapport à cette normale verticale N.

[0033] Il convient toutefois de remarquer que le procédé et le dispositif de reprofilage selon l'invention peuvent être mis en œuvre pour reprofiler une surface 5 de rail 2 s'étendant plus ou moins au-delà ou en deçà des plages indiquées précédemment. Par conséquent, la présente invention n'est nullement limitée au reprofilage d'une surface spécifique.

[0034] Finalement cette surface 5 à reprofiler du rail 2 est celle venant usuellement en contact des roues des véhicules ferroviaires venant à se déplacer sur ce rail 2.

[0035] Le procédé de reprofilage selon l'invention consistant à reprofiler, par enlèvement d'une couche de matière, cette surface 5, se distingue en ce que l'on réalise un usinage par rayons lasers, ceci en déplaçant, à vitesse contrôlée axialement 8 au rail 2 et à distance 9 définie par rapport à ladite surface 5, plusieurs têtes à rayon laser 10 pour couvrir la surface 5 à reprofiler.

[0036] De manière plus particulièrement avantageuse à l'invention, on procède à cet usinage au moyen de têtes à rayon laser 10 sous jet d'eau.

[0037] Les avantages découlant de cette technologie consistent en ce qu'au-delà du point focal 11 du rayon laser, l'eau entourant le rayon forme, telle une gaine de réflexion, un guide au faisceau laser évitant sa divergence au-delà de ce point focal 11, comme cela est visible dans la figure 2.

[0038] Il s'ensuit que si un laser traditionnel présente une zone de travail utile 12 autour du point focal 11 très limitée, cette zone de travail 12 est considérablement étendue pour un laser sous jet d'eau.

[0039] De plus, il convient encore de rappeler que le point focal 11 d'un laser traditionnel est très près de la buse 13 d'émission de rayons lasers.

[0040] En somme, l'usinage au moyen d'une tête à rayon laser classique impose une profondeur d'usinage réduite et le respect d'une distance stricte de la buse 13 de cette tête à rayon laser 10 par rapport à la surface 5 à reprofiler.

[0041] L'usage d'une tête à rayon laser 10 avec jet d'eau a pour avantage de procurer plus de souplesse dans le cadre de cette opération de reprofilage, que ce soit en termes de profondeur d'usinage, de distance d'implantation 9 des têtes à rayon laser 10 par rapport à la surface 5 du rail 2, tout en procurant une qualité d'usinage meilleure.

[0042] En particulier, grâce à un faisceau 14 de rayon laser linéaire et très peu divergent, le laser sous jet d'eau permet de produire, comme visible dans la figure 3, un sillon 15 régulier au niveau de la surface 5 du rail 2. En utilisant une pluralité de têtes à rayon laser 10 sous jet d'eau, il est possible d'obtenir un usinage contrôlé sur toute la largeur de cette surface 5, en juxtaposant des sillons 15 jusqu'à ce qu'on atteigne la largeur d'usinage 16 souhaitée.

[0043] En outre, un avantage significatif d'un tel usinage à rayon laser sous jet d'eau consiste en ce l'eau limite que des particules en fusion enlevées par le rayon laser viennent se redéposer sur la surface 5 du rail 2 en l'altérant. Par ailleurs, l'eau contribue, au moins en partie, à l'entraînement vers le sol des particules prélevées, tout en les refroidissant et en limitant la formation de scories. Les risques de détérioration de matériel électrique ou mécanique à proximité du rail 2, mais aussi d'incendie sont, de fait, diminués par cette absence de scories.

[0044] Il convient de noter qu'en limitant significativement la diffusion de particules fines, on réduit de manière toute aussi importante la maintenance des outils de reprofilage. En effet, seul un nettoyage minimum est nécessaire en comparaison aux solutions de l'état de la technique, en particulier au meulage.

[0045] L'invention concerne encore un dispositif 1 pour la mise en oeuvre du procédé de reprofilage de rails selon l'invention qui, comme représenté schématiquement dans la figure 6, est apte à équiper un véhicule 17 pour voies ferrées. Ce véhicule 17 peut s'apparenter à un train et peut recevoir plusieurs dispositifs 1 selon l'invention, en particulier pour le reprofilage de chacun des rails d'une voie.

[0046] Ainsi, un tel dispositif 1 pour reprofilage de rails 2 conforme à l'invention comporte un support 18, lequel est équipé avantageusement de moyens de fixation et de raccordement audit véhicule 17. Lesdits moyens de raccordement comportent préférentiellement des moyens de raccordement électrique et/ou par fibre optique des têtes à rayon laser 10, voire, encore, en eau si ces têtes à rayon laser 10 interviennent sous jet d'eau.

[0047] Quant aux moyens de raccordement électrique, ils peuvent comprendre des moyens d'alimentation en énergie électrique à destination des têtes à rayon laser 10, voire de moyens de réglage en position de ces dernières, comme cela apparaîtra plus en avant de la description ou encore des moyens de connexion à une unité de commande 19 que comporte le dispositif 1 selon l'invention.

[0048] En particulier cette unité de commande 19 peut être déportée et installée dans un poste de commande adapté dans le véhicule 17.

[0049] De manière particulière à l'invention, le dispositif de reprofilage 1 comporte une pluralité de têtes à rayon laser 10 configurées pour s'étendre transversalement à un rail 2 à usiner, sachant que ce dispositif 1 comporte encore des moyens de réglage en position desdites têtes à rayon laser 10 pour ajuster leur position par rapport à ce rail 2 à usiner, plus particulièrement la surface 5 de ce rail 2.

[0050] Selon l'invention, ces moyens de réglage peuvent être définis par un dispositif de réglage associé à chaque tête à rayon laser 10 et/ou à chaque groupe 21, 22 de têtes à rayon laser. De la sorte il est possible d'agir soit individuellement sur chaque tête 10, soit simultanément sur un groupe 21, 22 de têtes à rayon laser 10. Ainsi un groupe 21, 22 peut être composé de deux têtes à rayon laser 10 ou plus.

[0051] En particulier, un groupe 21 de têtes à rayon laser 10 peut être défini pour usiner une zone 23 de largeur déterminée de la surface 5 à usiner.

[0052] Avantageusement, deux têtes à rayon laser 10 juxtaposées sont décalées axialement au rail 2 pour que n'intervienne pas un usinage côte à côte et simultanément de deux sillons 15.

[0053] Ainsi, l'usinage d'un tel sillon 15 n'est pas immédiatement influencé par l'usinage d'un autre sillon 15 réalisé juste à côté.

[0054] Préférentiellement ce décalage axial des têtes à rayon laser 10 se retrouve entre celles composant un groupe 21, 22 ou encore entre deux têtes de deux groupes adjacents.

[0055] Si les groupes 21, 22 de têtes à rayon laser 10 peuvent être, eux, immédiatement juxtaposés, tant qu'une tête à rayon laser 10 d'un groupe 21 n'agit pas, pour l'usinage d'un sillon 15, de manière immédiatement contigüe à la tête à rayon laser 10 d'un autre groupe 22, ces groupes 21, 22 peuvent eux-mêmes être décalés axialement deux à deux.

[0056] A noter encore que les moyens de réglage peuvent comporter des moyens d'indexation 24 sur le rail 2. De tels moyens d'indexation 24, mécaniques et/ou électriques sont définis pour transmettre au moyen de réglages, soit directement, soit au travers de l'une unité de commande 19, une information pour l'ajustement en position des têtes à rayon laser 10 par lesdits moyens de réglage.

[0057] Comme déjà exposé plus haut, les avantages découlant de la présente invention sont nombreux. En particulier, cette invention permet d'assurer le reprofilage de rail pour un coût de revient moindre, un risque d'incendie diminué, des poussières réduites et une maintenance simplifiée et moins fréquente.

Claims (11)

1. Procédé de reprofilage de rails 2 de voies ferrées consistant à usiner une surface 5 de ce rail 2 destinée à venir en contact avec les roues d'un véhicule ferroviaire, caractérisé par le fait qu'on réalise cet usinage par rayons lasers en déplaçant, à vitesse contrôlée axialement au rail 2 et à distance déterminée par rapport à ladite surface 5 à usiner du rail 2, un nombre défini de têtes à rayons lasers 10 s'étendant transversalement au rail 2 pour couvrir ladite surface 5 à usiner.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise cet usinage au moyen de têtes à rayons laser avec jet d'eau.

3. Dispositif de reprofilage de rails apte à équiper un véhicule ferroviaire 17 pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un support 18 comprenant des moyens de fixation et de raccordement, notamment électriques, audit véhicule 17 et équipée d'une pluralité de têtes à rayons lasers 10 configurée pour s'étendre transversalement à un rail 2 à usiner, ledit dispositif 1 comportant encore des moyens de réglage en position desdites têtes à rayons lasers 10.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des têtes à rayons laser, dont toutes ou partie sont avec jet d'eau

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce lesdits moyens de raccordement comportent des moyens de raccordement électrique et des moyens de raccordement à une alimentation en eau pour alimenter les têtes à rayon laser sous jet d'eau 10.

6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de raccordement électrique comprennent des moyens d'alimentation en énergie électrique à destination des têtes à rayon laser 10 et de moyens de réglage en positon de ces dernières.

7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande 19, notamment installée dans un poste de commande adapté dans le véhicule 17.

8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent un dispositif de réglage associé à chaque tête à rayon laser 10 et/ou à chaque groupe 21, 22 comprenant au moins deux têtes à rayon laser 10 et défini pour usiner une zone 23 de largeur déterminée de la surface 5 à usiner.

9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les moyens de réglage comportent des moyens d'indexation mécaniques et/ou électriques 24 pour transmettre aux moyens de réglages, soit directement, soit au travers de l'une unité de commande 19, une information pour l'ajustement en position des têtes à rayon laser 10 par lesdits moyens de réglage.

10. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'une tête à rayon laser 10 est décalée axialement au rail 2 par rapport à une autre tête à rayon laser 10 juxtaposée.

11. Véhicule ferroviaire caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un dispositif de reprofilage selon l'une quelconque des revendications 3 à 10.