EP2709894B1

EP2709894B1 - Systeme de mesure dynamique de la charge des roues d'un train

Info

Publication number: EP2709894B1
Application number: EP12722547.2A
Authority: EP
Inventors: Philippe POULIGNY; Emmanuel LAURANS; Jean-Michel PISSOT
Original assignee: SNCF Mobilites
Current assignee: SNCF Reseau
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-04-30
Also published as: FR2975359B1; ES2571540T3; EP2709894B8; FR2975359A1; EP2709894A1; WO2012160461A1

Description

La présente demande de brevet se rapporte à un système de mesure dynamique de la charge des roues d'un train.
Il est utile de pouvoir connaître la charge de chacune des roues d'un train, c'est-à-dire le poids transmis par chaque roue au rail sur lequel elle circule.
Cette information peut en effet être utilisée à différentes fins. A titre d'exemple, cette information peut permettre de calculer les montants des péages déterminés en fonction du tonnage transporté, de classer les lignes en fonction du tonnage réel circulé, de déterminer l'agressivité de nouveaux matériels roulants, de déterminer le cumul de tonnage circulé après travaux, etc.
Aujourd'hui, classiquement, pour mesurer cette charge de manière dynamique et à grande vitesse (train circulant jusqu'à 320, voire 350 km/h), on colle des jauges de contrainte sur l'âme des rails, dont les déformations respectives permettent de déterminer les efforts de cisaillement auxquels sont soumis les rails lors du passage d'un train, et ainsi de déduire la charge de chaque roue de ce train (voir par exemple le document WO2004/098974 ).
La mise en place de ces jauges par collage nécessite un matériel spécifique, et leur positionnement relatif demande une qualification particulière de la part de l'opérateur qui en a la charge.
De plus, une fois la campagne de mesures effectuée, ces jauges ne peuvent être réutilisées, et elles sont laissées sur place.
La présente invention a ainsi notamment pour but de fournir des moyens de mesure dynamique de la charge des roues d'un train qui soient faciles à mettre en place sur un rail par un opérateur non qualifié, et qui puissent être aisément réutilisés sur plusieurs sites successivement.
On atteint ce but de l'invention avec un système de mesure dynamique de la charge des roues d'un train, comprenant au moins une éclisse apte à être plaquée contre l'âme d'un rail de voie ferrée, cette éclisse incorporant des capteurs d'efforts, et comprenant des réservations aptes à recevoir notamment le câblage électrique et la connectique associée auxdits capteurs.
Grâce à ces caractéristiques, l'éclisse équipée de ses capteurs forme un ensemble monobloc dans lequel les capteurs sont pré-positionnés les uns par rapport aux autres, et cet ensemble peut être très facilement fixé contre l'âme du rail au moyen de « cés » (sorte de serre-joints couramment utilisés pour l'entretien des voies ferrés) pinçant l'âme du rail de part et d'autre, et passant sous ce rail.
De même, cet ensemble peut être très facilement ôté de son emplacement pour être positionné ailleurs, sur l'âme d'un autre rail.
Pour effectuer ces opérations élémentaires, aucune qualification n'est nécessaire, et l'on maintient l'intégrité des capteurs, de sorte qu'ils ne sont plus des consommables pour cette mesure.
Les capteurs d'efforts employés peuvent être des jauges de contraintes collées sur la surface extérieure de l'éclisse, en mesure de cisaillement, flexion ou compression, mais également tout type de capteur qui peut être introduit dans l'éclisse par perçage, inserts équipés de jauges ou de capteurs piézo-électriques notamment.
Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de la présente invention :

lesdites réservations comprennent au moins un logement dans lequel se trouve une alimentation électrique desdits capteurs d'efforts : ceci permet de rendre le système selon l'invention très compact et autonome en énergie ;
lesdites réservations comprennent au moins un logement dans lequel se trouve un dispositif de transmission sans fil des signaux envoyés par lesdits capteurs d'efforts : ceci contribue à la compacité et à l'autonomie du système selon l'invention, et permet de recueillir et de traiter les données mesurées sur un lieu distant du site où sont implantées les éclisses ;
lesdits capteurs d'efforts sont des jauges de contraintes bidirectionnelles ;
ladite éclisse comporte deux paires de deux jauges bidirectionnelles,
lesdites paires de jauges bi-directionnelles sont montées en pont,
ladite éclisse est formée dans un matériau choisi dans le groupe comprenant les alliages métalliques et les matières plastiques.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l'examen des figures ci-annexées, dans lesquelles :

la figure 1 représente une paire de rails équipés d'un système de mesure selon l'invention, ainsi qu'un train destiné à circuler sur ce système de mesure,
la figure 2 représente, en perspective, un tronçon de rail de voie de chemin de fer équipé d'un système de mesure selon l'invention,
la figure 2a est une vue schématique d'un rail équipé d'une éclisse selon l'invention, dans un mode de réalisation où les capteurs d'efforts sont des jauges de contraintes,
la figure 2b est une vue de dessus d'un rail équipé de deux éclisses selon l'invention conformes au mode de réalisation de la figure 2a, ces deux éclisses étant représentées à distance du rail pour faciliter la compréhension,
la figure 2c est une vue de détail de la zone Z de la figure 2b, illustrant l'un des ponts de jauges utilisés dans l'éclisse selon l'invention,
la figure 3 représente en vue de côté et en perspective, un rail de voie de chemin de fer équipé d'un système de mesure selon l'invention, les organes de maintien de ce système étant visibles,
la figure 4 représente les mesures obtenues grâce au système selon l'invention lors du passage d'un train.

Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques ou analogues désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues.
En se reportant à présent à la figure 1, on a représenté de manière schématique des rails 1 a, 1 b de voie de chemin de fer, reliés entre eux par une série de traverses 3.
Comme indiqué dans le préambule de la présente invention, il est intéressant pour un certain nombre d'applications de connaître la charge de chacune des roues 5a, 5b.... 5i d'un train 7 circulant sur les rails 1 a, 1 b, et ce de manière dynamique, c'est-à-dire sans qu'il soit nécessaire d'arrêter le train.
Pour cela, l'invention propose de placer au moins une éclisse de mesure 7a contre l'âme du rail 1 a et une éclisse 7b contre l'âme du rail 1b, et de préférence deux paires d'éclisses de mesure 7a, 7b et 7c, 7d sur chacun des rails respectifs 1 a, 1 b.
Ces éclisses de mesure, dont la nature va être développée par la suite, permettent de mesurer les charges de chacune des roues 5a, 5b.... 5i, comme cela est symbolisé par les lignes en traits discontinus 9 de la figure 1.
On se reporte à présent à la figure 2, sur laquelle on peut voir de manière plus détaillée en quoi consiste chaque éclisse 7a, 7b, 7c et 7d.
Comme on peut le voir sur la figure 2, l'éclisse 7a se présente sensiblement sous la forme d'un bloc parallélépipédique 13 dont les dimensions sont adaptées pour que cette éclisse puisse venir se plaquer contre l'âme 11 du rail 1 a.
Le matériau choisi pour former le bloc parallélépipédique 13 peut être sélectionné parmi les alliages métalliques et les matières plastiques.
Ce bloc est équipé de capteurs d'efforts 15a, 15b, placés contre l'âme 11 du rail 1 a.
Lorsque les capteurs d'efforts 15a, 15b sont des jauges de contraintes, ils sont de préférence placés sur la surface extérieure du bloc parallélépipédique 13, de manière à être en contact intime avec l'âme 11 lorsque le bloc 13 est en place comme visible sur la figure 2 et suivantes.
Des réservations formées dans la masse du bloc 13 permettent de faire passer des câbles électriques reliés à chacun des capteurs 15a et 15b.
Le bloc 13 comporte en outre de préférence un logement 17, apte à recevoir une alimentation électrique (batterie ou accumulateur par exemple), connecté par des câbles électriques aux deux capteurs 15a et 15b.
De manière optionnelle mais préférée, le logement 17 est également adapté pour recevoir un bloc électronique de transmission sans fil des signaux envoyés par les capteurs 15a, 15b, ce bloc étant lui aussi relié par des câbles électriques à chacun de ces deux capteurs.
On se reporte à présent plus particulièrement aux figures 2a et 2b, qui illustrent un mode de réalisation particulier de l'invention dans lequel les capteurs d'efforts sont des jauges de contraintes.
Comme on peut le voir sur ces figures, on dispose deux fois deux paires 115a, 115b ; 215a, 215b, et 315a, 315b ; 415a, 415b de jauges sur chacune des deux faces respectives des éclisses 7a et 7b.
Plus précisément, comme cela est visible sur la vue de détail de la figure 2c, les quatre jauges J1, J2 et J3, J4 formant les deux paires sont montées en pont de Wheastone, l'alimentation électrique de ce pont et la mesure de la tension sur ce pont étant effectuées aux points indiqués sur la figure 2c.
Comme cela est visible à la figure 3, pour maintenir en place le bloc 13 contre l'âme 11 du rail 1 a, on utilise des « cés » 19a, 19b, 19c, 19d.
Comme cela est connu en soi, ces « cés » sont des sortes de serre-joints aptes à pincer un rail de part et d'autre, en passant sous ce rail, au-dessus du ballast.
La mise en oeuvre de ces « cés » est extrêmement simple et consiste simplement à placer ces outils sous le rail, et à venir serrer chacune de ses moitiés sur les deux côtés de l'âme du rail.
On comprend donc que pour mettre en place une éclisse de mesure 7a, 7b, 7c, 7d sur un rail, aucune qualification particulière de l'opérateur n'est nécessaire.
Dans le mode de réalisation visible à la figure 3, on peut voir les câbles électriques 21 sortant du bloc parallélépipédique 13, ces câbles étant reliés chacun aux capteurs d'efforts non visibles sur cette figure 3, situés entre ce bloc 13 et l'âme 11 du rail 1 a.
Il s'agit là d'une variante de réalisation, dans laquelle les moyens d'alimentation électrique des capteurs d'efforts, ainsi que les moyens de transmission des signaux envoyés par ces capteurs d'efforts, sont extérieurs à l'éclisse de mesure 7a.
Cette variante de réalisation, qui est en l'occurrence prototypique, est moins préférée que celle indiquée à la figure 2, dans laquelle l'éclisse de mesure 7a forme un ensemble compact et autonome, son alimentation électrique et la transmission des signaux envoyés par les capteurs d'efforts ne nécessitant aucun câblage extérieur.
Avec ce mode de réalisation préféré, l'opérateur peut se contenter de plaquer le bloc parallélépipédique 13 contre l'âme 11 du rail 1 a, sans se préoccuper d'aucune question de câblage, les moyens d'alimentation électrique et de transmission des informations vers un lieu distant du site où est implantée l'éclisse étant intégrés à l'intérieur de cette éclisse.
De manière préférée, et comme cela est visible sur la figure 1, on place sur chaque rail 1 a, 1 b deux éclisses respectives 7a, 7b et 7c, 7d de part et d'autre de l'âme de chacun de ces rails.
Ceci permet en effet de prendre en compte la dissymétrie de la répartition des charges sur chaque roue 5a, 5b.... 5i, du train 7.
De préférence également, et comme cela est visible aussi sur la figure 1, on effectue des mesures au moyen de deux paires d'éclisses sur chacun des deux rails 1a, 1b, de manière à obtenir des mesures les plus fiables possible : ceci est particulièrement pertinent dans les sections en courbe où les charges ne sont pas réparties de manière symétrique sur les deux roues d'un essieu.
Dans un mode de réalisation prototypique, chaque éclisse 7a, 7b, 7c, 7d, comporte deux paires de jauges de contrainte bidirectionnelles, permettant de réaliser des mesures de cisaillement sur l'éclisse.
En se reportant à la figure 4, on peut voir un graphique illustrant les mesures obtenues à partir de ce prototype.
L'axe des abscisses indique le temps, et l'axe des ordonnées indique l'amplitude des déformations du rail lors du passage des roues 5a, 5b... 5i du train 7 : chaque pic P1, P2, ...Pi indique le passage d'une roue, les paires de pics P1, P2... étant représentatives du passage d'essieux groupés classiquement par paires sur le train 7.
Comme on peut le comprendre à la lumière de la description qui précède, le système de mesure selon l'invention est extrêmement simple à mettre en oeuvre par un opérateur non qualifié, compact et autonome, de sorte qu'il ne nécessite aucune connexion particulière.
Un outillage classique utilisé pour la maintenance des voies ferrées (« cés ») suffit à fixer les éclisses de mesure sur les rails concernés.
De plus, ces éclisses de mesure peuvent être utilisées un nombre illimité de fois, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de mettre en service de nouveaux capteurs d'efforts pour chaque nouvelle campagne de mesure, contrairement à ce qui était le cas dans la technique antérieure.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, fournis à titre de simple exemple.

Claims

Système de mesure dynamique de la charge des roues (5a, 5b, ...5i) d'un train (7), comprenant au moins une éclisse (7a, 7b, 7c, 7d) apte à être plaquée contre l'âme (11) d'un rail (1 a, 1 b) de voie ferrée, au moins une des éclisse incorporant, des capteurs d'efforts (15a, 15b), et comprenant des réservations (17) aptes à recevoir notamment le câblage électrique et la connectique associée auxdits capteurs.
Système selon la revendication 1, dans lequel lesdites réservations comprennent au moins un logement (17) dans lequel se trouve une alimentation électrique desdits capteurs d'efforts (15a, 15b).
Système selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel lesdites réservations comprennent au moins un logement (17) dans lequel se trouve un dispositif de transmission sans fil des signaux envoyés par lesdits capteurs d'efforts (15a, 15b).
Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits capteurs d'efforts sont des jauges de contraintes (15a, 15b) bidirectionnelles.
Système selon la revendication 4, dans lequel ladite éclisse (7a, 7b, 7c, 7d) comporte deux paires de deux jauges bi-directionnelles (15a, 15b).
Système selon la revendication 5, dans lequel lesdites paires de jauges bi-directionnelles sont montées en pont.
Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite éclisse (7a, 7b, 7c, 7d) est formée dans un matériau choisi dans le groupe comprenant les alliages métalliques et les matières plastiques.
Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième éclisse apte à être plaquée contre l'âme du rail et formant paire avec la première éclisse.
Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième éclisse est une éclisse simple.
Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la deuxième éclisse est également une éclisse de mesure similaire à la première éclisse.