FR2680143A1 - Procede et dispositif pour alimenter electriquement une rame ferroviaire depuis une ligne catenaire. - Google Patents

Abstract

On applique un collecteur de courant (4) contre la ligne caténaire (10) en commandant au moins un actionneur pneumatique (8) agissant sur une structure déployable (5, 6, 7) supportant le collecteur de courant (4). Lorsque le collecteur de courant (4) est en contact avec la ligne caténaire (10), on applique à l'actionneur pneumatique (8) une pression asservie réglée en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement de la rame, tel que la vitesse de la rame, le courant nécessaire pour alimenter les installations électriques de la rame ou le type de la ligne caténaire (10).

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour alimenter électriquement une rame ferroviaire depuis une ligne caténaire.

On connaît, par exemple d'après le FR-A-2 646 381, l'utilisation de pantographes commandés pneumatiquement pour capter le courant d'une ligne caténaire. Un actionneur pneumatique tel qu'un coussin agit à la base de la structure déployable du pantographe pour appliquer l'archet collecteur de courant contre la ligne caténaire. On applique habituellement une pression nominale constante à l'actionneur pneumatique pour déployer le pantographe et pour obtenir un effort de contact régulier entre l'archet et la ligne caténaire.

Pour des rames circulant à grande vitesse, on prévoit habituellement un aileron sur la structure du pantographe pour modifier l'effort de contact en fonction de la vitesse par une portance aérodynamique. Cette méthode permet difficilement de commander avec précision l'effort de contact entre l'archet et la ligne caténaire à cause de la complexité des effets aérodynamiques mis en jeu. En outre, le réglage de et aileron nécessite des essais en ligne qui sont en général très longs et coûteux.

Dans un exemple décrit dans le FR-A-2 646 381 précité, l'actionneur pneumatique est commandé par un régulateur qui est supposé assurer une loi d'effort de contact collecteur/caténaire en fonction de la vitesse de la rame. En pratique, cet effort de contact peut très difficilement être régulé directement car il dépend de différents phénomènes difficiles à maîtriser, comme les portances ou déportances aérodynamiques s'exerçant sur la structure du pantographe, qui sont influencées par divers facteurs comme la vitesse de la rame, la température locale, le CX du pantographe, sa position sur la rame ...

Dans la réalisation ci-dessus, la pression nominale est choisie en fonction de la vitesse à laquelle circule habituellement la rame. Cette pression nominale reste constante lors de la circulation de la rame1 et une mesure de l'effort de contact collecteur/caténaire est utilisée pour évacuer de l'air du coussin lorsqu'un effort excessif est détecté.

Par ailleurs, ces pantographes connus ne permettent pas d'adapter l'effort de contact aux besoins en courant des moteurs électriques de la rame.

Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif pour alimenter électriquement une rame ferroviaire depuis une ligne caténaire, permettant un réglage simple et efficace de l'effort de contact entre le collecteur de courant et la ligne caténaire.

L'invention propose ainsi un procédé pour alimenter électriquement une rame ferroviaire depuis une ligne caténaire, dans lequel on applique un collecteur de courant contre la ligne caténaire en commandant au moins un actionneur pneumatique agissant sur une structure déployable supportant le collecteur de courant, caractérisé en ce que, lorsque le collecteur de courant est en contact avec la ligne caténaire, on applique à l'actionneur pneumatique une pression asservie réglée en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement de la rame.

En agissant sur la pression appliquée à l'actionneur pneumatique, on contrôle de façon satisfaisante l'effort de contact entre le collecteur de courant et la ligne caténaire, ce qui permet d'assurer un captage du courant dans des conditions optimales.

L'asservissement en pression garantit que celle-ci restera égale ou voisine de la valeur déterminée. Le procédé met donc en oeuvre un régulateur de pression associé à un capteur de pression utilisé pour une commande par rétroaction. Un régulateur de pression sans rétroaction, classiquement utilisé, ne peut imposer une pression définie dans l'actionneur car cette pression dépend a priori également des sollicitations extérieures s'exerçant sur le collecteur. L'invention minimise ainsi les risques de décollement entre le collecteur de courant et la ligne caténaire, qui provoquent des arcs électriques indésirables, et évite l'usure prématurée du collecteur et/ou de la ligne caténaire résultant d'un effort de contact trop élevé.

Les paramètres de fonctionnement de la rame en fonction desquels on règle la pression appliquée à l'actionneur pneumatique peuvent comprendre le type de la ligne caténaire (section, raideur, différence de potentiel, hauteur), l'emplacement du collecteur de courant sur la rame, le sens de circulation de la rame, le courant nécessaire pour l'alimentation d'installations électriques situées dans la rame, et/ou la vitesse instantanée de la rame. Lorsqu'on règle la pression appliquée à l'actionneur pneumatique en fonction de la vitesse instantanée de la rame, on simplifie considérablement les problèmes d'aérodynamisme rencontrés avec les pantographes de la technique antérieure.

Un autre aspect de la présente invention fournit un dispositif pour alimenter électriquement une rame ferroviaire depuis une ligne caténaire, comprenant un collecteur de courant supporté par une structure déployable, au moins un actionneur pneumatique agissant sur la structure déployable pour appliquer le collecteur de courant contre la ligne caténaire, et un circuit pneumatique pour alimenter l'actionneur pneumatique, caractérisé en ce que le circuit pneumatique comprend des moyens de régulation de pression pour appliquer à l'actionneur pneumatique une pression asservie réglable, ces moyens de régulation de pression étant reliés à des moyens de commande agencés pour déterminer la pression à appliquer par les moyens de régulation de pression en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement de la rame lorsque le collecteur de courant est en contact avec la ligne caténaire.

Ce dispositif est conçu pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Une forme de réalisation préférée du dispositif selon l'invention comprend des moyens de détection d'avarie associés à des moyens de temporisation pour commander une chute de pression dans l'actionneur pneumatique lorsqu'une avarie est détectée pendant une durée prédéterminée. Ces moyens de détection d'avarie peuvent comprendre des moyens de détermination de la pression en au moins deux points différents du circuit pneumatique, et des moyens pour comparer l'écart entre les différentes valeurs de pression obtenues par les moyens de détermination de pression à un seuil prédéterminé. Un écart de pression excessif entre différents points du circuit pneumatique traduit un régime d'écoulement dynamique pouvant résulter d'une fuite ou d'une défaillance des moyens de régulation de pression. Cette forme de réalisation préférée de l'invention permet donc, le cas échéant, de mettre le dispositif hors service pour éviter que les détériorations se produisent du fait d'une pression incontrôlée dans l'actionneur pneumatique.

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation, lue conjointement aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue en perspective d'un pantographe utilisé dans la présente invention
- la figure 2 est un schéma représentant le circuit d'alimentation de l'actionneur du pantographe de la figure 1
- la figure 3 est un schéma synoptique de la carte de commande du circuit de la figure 2 ; et
- la figure 4 représente des chronogrammes illustrant le fonctionnement du dispositif des figures 1 à 3.

La forme de réalisation décrite du dispositif selon l'invention comprend, en référence à la figure 1, un pantographe 1 situé en toiture d'une voiture motrice 11 d'une rame ferroviaire (non représentée). De façon classique, le pantographe 1 comprend un socle 2 monté sur la voiture motrice par l'intermédiaire d'isolateurs 3, un archet collecteur de courant 4, et une structure tubulaire déployable s'étendant entre le socle 2 et l'archet 4 et comportant un bras inférieur 5 ayant une extrémité articulée sur le socle 2, un bras supérieur 6 dont les extrémités sont articulés respectivement à l'autre extrémité du bras inférieur 5 et à l'archet 4, et deux bras auxiliaires 7 pour équilibrer l'archet 4.

Le dispositif comprend un coussin pneumatique 8 agissant sur le bras inférieur 5 de la structure déployable. Le coussin pneumatique 8 est alimenté en air par l'intermédiaire d'un tube d'alimentation isolant électriquement 9 qui le relie à un circuit pneumatique situé dans la voiture motrice. Le coussin pneumatique 8 est monté à la base du pantographe 1 pour commander les mouvements de déploiement et de repli du pantographe 1 et pour exercer un effort sur la structure tubulaire du pantographe 1 lorsque l'archet 4 est en contact avec une ligne caténaire 10 située au-dessus de la voiture motrice, cet effort dépendant de la pression (de l'ordre de quelques bars) appliquée au coussin 8.

Le circuit pneumatique d'alimentation de l'actionneur pneumatique 8 est représenté à la figure 2.

Ce circuit pneumatique comprend, en série, un compresseur 12, une électro-valve 13, un filtre à air 14, une unité de réglage du temps de descente 15, une servovalve 16, et une unité de réglage du temps de montée 17 dont la sortie est reliée au tube d'alimentation isolant 9 du coussin pneumatique 8.

L'unité de réglage du temps de descente 15 comprend une association en parallèle d'un clapet antiretour 18 disposé pour ne permettre le passage de l'air que vers l'aval, c'est-à-dire dans le sens allant du compresseur 12 vers le coussin pneumatique 8, et d'un limiteur de débit réglable 19. Cette unité 15, décrite dans la demande de brevet français NO 90 03941 de la demanderesse permet de régler le temps de descente ou de repli du pantographe 1. Lorsque l'électro-valve 13 met en communication le compresseur 12 et le coussin pneumatique 8 (montée du pantographe 1) , l'air s'écoule sans limitation de débit à travers l'unité 15 par l'intermédiaire du clapet 18.Lorsque l'électro-valve 13 met à la purge le circuit pneumatique d'alimentation du coussin 8 (descente du pantographe 1), le clapet antiretour 18 se ferme et l'air évacue le coussin 8 en s'écoulant par le limiteur de débit 19, dont on règle le débit en fonction du temps de descente voulu pour le pantographe 1. La descente pouvant être très rapide, la fin de la descente du pantographe 1 est amortie par un amortisseur de choc 20 porté par le socle 2 du pantographe 1 (voir figure 1) qui reçoit le bras inférieur 5 pour empêcher que la structure déployable vienne buter violemment contre son socle.

L'unité de réglage du temps de montée 17 a également été décrite dans la demande de brevet français nO 90 03941 de la demanderesse. Elle comprend une association en parallèle d'un clapet anti-retour taré 21 disposé pour ne permettre l'écoulement d'air que vers l'aval, d'un second clapet anti-retour 22 disposé en sens inverse et d'un limiteur de débit 23. Lorsqu'on commande la montée ou le déploiement du pantographe 1 par l'intermédiaire de I'électro-valve 13, l'air commence par s'écouler du compresseur 12 vers le coussin 8 par l'intermédiaire du clapet anti-retour taré 21 dont la valeur de tarage est telle que ce clapet 21 se referme lorsque la pression régnant dans le coussin pneumatique 8 a atteint une valeur PE telle que l'effort exercé par le coussin 8 équilibre sensiblement le poids du pantographe 1.La pression d'air dans le coussin 8 monte donc rapidement jusqu'à la valeur PE alors que le pantographe 1 reste immobile. Puis le clapet 21 se ferme eut l'air s'écoule avec un débit contrôlé par l'intermédiaire du limiteur de débit 23 pour réaliser un accostage en douceur de l'archet 4 contre la ligne caténaire 10.

La servovalve 16 est un composant pneumatique connu qui applique en régime stationnaire une pression réglable dans le coussin pneumatique 8 en fonction d'un signal électrique de commande (tension ou courant). La servovalve 16 comprend un dispositif 16a modifiant les conditions d'écoulement pneumatique dans le circuit et, en aval de ce dispositif, un capteur de pression 16b. Une boucle de rétroaction est prévue entre le dispositif modifiant les conditions d'écoulement et le capteur de pression pour que la pression en aval de la servovalve 16 soit conforme à la valeur correspondant au signal électrique de commande.

Ce signal électrique de commande de la servovalve 16, ainsi que le signal de commande de l'électro-valve 13 sont issus d'une carte de commande 25.

Une carte d'alimentation stabilisée 26, reliée à la batterie 27 de la voiture motrice par l'intermédiaire d'un interrupteur de mise en marche 28 délivre à la servovalve 16 et à la carte de commande 25 une alimentation électrique stabilisée.

Dans le cadre de l'invention, la servovalve 16 peut être remplacée par une valve proportionnelle bouclée par un capteur de pression, la boucle de rétroaction étant alors partie intégrante de la carte 25. Le fonctionnement serait alors identique à celui de la servovalve 16 qui sera exposé ci-après. Par ailleurs, on peut aussi remplacer la servovalve 16 par une électrovalve du type tout-ou-rien à centres fermés (3/3) avec tiroirs ou membranes, également bouclée sur un capteur de pression, la boucle de rétroaction ainsi que la commande particulière de cette électrovalve faisant partie intégrante de la carte 25 ; elle aurait le même effet que la servovalve.

La carte de commande 25 comporte un certain nombre d'entrées recevant des signaux utilisés pour déterminer la pression à appliquer au coussin pneumatique 8 et pour commander l'électro-valve 13 et la servovalve 16 conformément à cette valeur de pression déterminée.

Ces signaux d'entrée de la carte de commande 25 comprennent des signaux provenant du poste de pilotage de la rame et déclenchés par des commandes du conducteur, et des signaux provenant de détecteurs prévus dans la rame pour détecter des paramètres de fonctionnement de la rame.

Un schéma synoptique de la carte de commande 25 est représenté à la figure 3. Dans cet exemple, les paramètres de fonctionnement de la rame utilisés pour régler la pression appliquée au coussin pneumatique 8 lorsque l'archet 4 est en contact avec la ligne caténaire 10 comprennent le type de la ligne caténaire 10, le courant nécessaire pour l'alimentation d'installations électriques situées dans la rame, la vitesse de la rame, le sens de circulation de la rame et/ou l'emplacement du pantographe 1 ou du collecteur de courant 4 sur la rame
La carte de commande 25 comporte une entrée 30 qui reçoit et met en forme un signal SC de sélection de type caténaire, une entrée 43 qui reçoit et met en forme un signal EP représentatif de l'emplacement du pantographe 1 sur la rame, et une entrée 44 qui reçoit et met en forme un signal SM représentatif du sens de circulation de la rame, les signaux SC, EP et SM étant issus du poste de pilotage de la rame.

Lorsque la rame comprend deux voitures motrices comportant chacune un système moteur, la carte de commande 25 peut comprendre deux ou plusieurs entrées 31, 32 qui reçoivent et mettent en forme des signaux I1, I2 représentant respectivement le courant nécessaire pour l'alimentation de chacun des systèmes moteurs devant être alimentés par le pantographe 1, de façon à obtenir la puissance motrice désirée sous la tension de fonctionnement de la ligne de caténaire 10. Ces signaux
I1, I2 sont habituellement des signaux de sortie disponibles des systèmes moteurs. Les entrées 31, 32 sont reliées à un comparateur 33 qui sélectionne la plus grande des deux valeurs de courant I1, I2 comme valeur de courant IM, représentative pour régler la pression appliquée au coussin pneumatique 8 dans le cas où le même pantographe assure le captage du courant pour les motrices.Sinon, chaque pantographe alimentant chaque motrice peut recevoir sa propre commande.

Un circuit de calcul 34 reçoit le signal représentant la valeur de courant IM issu du comparateur 33, le signal de sélection de type ligne caténaire SC issu de l'entrée 30, le signal d'emplacement de pantographe EP issu de l'entrée 43 et le signal de sens de circulation SM issu de l'entrée 44, et calcule suivant une loi prédéterminée en fonction de ces signaux une valeur de pression PI.La loi prédéterminée utilisée pour le calcul de la valeur de pression PI est définie pour traduire les variations désirées de l'effort de contact entre l'archet 4 et la ligne caténaire 10 en fonction du besoin en courant IM des installations électriques de la rame, en tenant compte du type de la ligne caténaire 10 (hauteur et structure du fil, tension...). Cette loi prédéterminée peut être une fonction linéaire de IM, une fonction en paliers, ou une autre fonction généralement croissante avec IM. Cette loi peut également tenir compte de l'emplacement du pantographe EP et du sens de circulation SM car ces deux paramètres modifient les sollicitations aérodynamiques s'exerçant sur le pantographe 1 en circulation et ont ainsi une influence sur l'effort de contact.La façon de tenir compte de ces paramètres SC, EP, SM dans la loi de pression peut être définie empiriquement ou par des essais.

Lorsque plusieurs pantographes sont montés sur la même rame, pour alimenter des installations électriques indépendantes ou non, ils sont de préférence réglés en pression de manière indépendante par des coussins, des circuits et cartes de commande distincts, et on peut être amené à leur appliquer des lois de pression différentes en fonction du courant et de la vitesse en raison de leurs emplacements différents ou de leurs orientations différentes relativement au sens de circulation de la rame. Le dispositif selon l'invention offre ainsi de larges possibilités d'adaptation aux conditions de fonctionnement.

Un circuit de calcul 35, du même type que le circuit de calcul 34 décrit ci-dessus est prévu pour calculer une valeur de pression PV en-fonction du signal
SC de sélection du type de ligne caténaire, du signal EP d'emplacement de pantographe, du signal SM de sens de circulation et d'un signal VM représentatif de la vitesse instantanée de la rame. Dans l'exemple représenté, plusieurs mesures VI, V2 de la vitesse de la rame sont effectuées indépendamment, par exemple au moyen de détecteurs électromagnétiques ou optiques montés sur des bogies différents d'une voiture motrice. La carte de commande 25 comprend deux entrées 36, 37 qui reçoivent et mettent en forme respectivement les deux signaux de mesure de vitesse V1, V2.Un circuit 38 reçoit les deux signaux de mesure V1, V2 et en déduit la valeur VM représentative de la vitesse de la rame qui est adressée au circuit 35 pour calculer la valeur de pression PV. A titre d'exemple, la valeur représentative VM peut être prise comme la moyenne entre les deux valeurs mesurées
V1, V2 ou bien encore la valeur maximum entre V1 et V2.

La valeur de pression PV est calculée par le circuit 35 suivant une loi prédéterminée en fonction de la vitesse
VM, en tenant compte du type de la ligne caténaire SC.

Cette loi prédéterminée est généralement une fonction croissante de VM, par exemple une fonction linéaire, parabolique, ou en paliers. Comme la loi de pression en fonction du courant IM, la loi de pression en fonction de la vitesse VM tient compte de préférence, des paramètres
EP et SM.

Les valeurs de pression PI, PV calculées respectivement par les circuits de calcul 34, 35, sont adressées à un circuit 40 qui en déduit la valeur PD de la pression à appliquer au coussin pneumatique 8 lorsque l'archet 4 est en contact avec la ligne caténaire 10. Le circuit 40 peut par exemple sélectionner l'une ou l'autre des valeurs de pression PI, PV, ou les combiner de façon prédéterminée pour calculer la pression PD.

Pour déterminer la pression PS à appliquer au coussin pneumatique 8 dans les phases-de déploiement du pantographe 1 avant que l'archet 4 soit au contact de la ligne caténaire 10, la carte de commande 25 comprend un circuit 41 qui détermine cette pression PS en fonction du signal de sélection de type de ligne caténaire SC issu de l'entrée 30, et d'un signal AV reçu et mis en forme à une entrée 42 de la carte de commande 25 et indiquant si la rame ferroviaire est à l'arrêt ou en circulation. En effet, la pression PS à appliquer au coussin 8 pour déployer le pantographe lorsque la rame circule à vitesse non nulle est généralement différente de celle correspondant à la vitesse nulle pour vaincre les forces aérodynamiques qui agissent sur le pantographe 1 replié.

Les valeurs de pression PD, PS, issues respectivement des circuits 40, 41, sont adressées à un circuit de sélection 45 qui sélectionne l'une ou l'autre de ces deux valeurs PD, PS pour l'appliquer au coussin 8 suivant que l'archet 4 est en contact ou non avec la ligne caténaire 10. Le circuit de sélection 45 est relié à une entrée 46 de la carte de commande 25 qui reçoit et met en forme un signal binaire MD de commande de montée/descente du pantographe 1, issu du poste de pilotage de la rame. Le circuit de sélection 45 est en outre relié à une entrée 47 de la carte de commande 25 qui reçoit et met en forme un signal binaire CC indiquant si l'archet 4 est ou non en contact avec la ligne caténaire 10.

Le signal MD est sélectionné par le conducteur de la rame depuis le poste de pilotage. Il vaut 1 lorsque le conducteur demande une position déployée du pantographe 1 et 0 lorsqu'il demande une position repliée. Le signal CC est établi simplement en détectant si les installations électriques de la rame reçoivent la tension de la ligne caténaire 10. Lorsque MD = 1 et
CC = 1 (déploiement du pantographe 1 et contact entre l'archet 4 et la ligne caténaire 10), le circuit de sélection 45 sélectionne la valeur PD ou PS déterminée en fonction des paramètres de fonctionnement de la rame comme valeur de pression P à appliquer au coussin pneumatique 8. Lorsque MD = 1 et CC = 0 (déploiement du pantographe 1 demandé mais contact non encore établi), le circuit de sélection 45 sélectionne la valeur PS comme valeur de pression P à appliquer au coussin pneumatique 8. Lorsque MD = 0 (repli du pantographe), le circuit de sélection 45 sélectionne une pression P nulle et commande une purge du circuit pneumatique par l'électro-valve 13 et/ou par la servovalve 16.

Le circuit de sélection 45 adresse un signal représentatif de la valeur de pression P sélectionnée à un circuit de commande 48 qui établit le signal électrique de commande de la servovalve 16. Le circuit de sélection 45 est également relié à un relais 49 qui commande l'alimentation de l'électro-valve 13. Lorsque la valeur de pression sélectionnée P est nulle (repli du pantographe 1), l'électro-valve 13 et/ou la servovalve 16 est ouverte pour mettre le circuit pneumatique à la purge. Lorsque la valeur de pression sélectionnée P est non nulle, l'électro-valve 13 est fermée pour mettre en pression le circuit pneumatique.

La forme de réalisation décrite de l'invention comprend en outre des moyens pour détecter une avarie dans son fonctionnement. Ainsi, en référence à la figure 2, on voit qu'un capteur de pression 50 est situé dans le circuit pneumatique en aval de la servovalve 16. Dans l'exemple représenté, le capteur de pression 50 est placé pour déterminer la pression régnant entre l'unité de réglage du temps de montée 17 et le tube d'alimentation isolant 9. Ce capteur de pression 50 est relié à une entrée 51 de la carte de commande 25 (figure 3), pour lui adresser son signal de sortie PA. La carte de commande 25 comprend un comparateur 52 relié à l'entrée 51 et à la sortie du circuit de sélection 45 pour recevoir des signaux représentant respectivement les valeurs de pression PA et P.La valeur de pression P issue du circuit de sélection 45 représente une détermination de la pression régnant dans le circuit pneumatique au niveau de la servovalve 16, car la servovalve 16 est asservie pour appliquer de façon stationnaire la pression
P (capteur 16b intégré). Le comparateur 52 détermine l'écart entre les valeurs de pression P et PA, et compare cet écart à un seuil prédéterminé, pouvant par exemple être compris entre 0,3 et 0,5 bar. Lorsque l'écart dépasse le seuil prédéterminé, le comparateur 52 émet un signal de sortie DP, ce qui indique une avarie du circuit pneumatique telle qu'une fuite ou une défaillance de la servovalve 16. En effet, les valeurs de pression P et PA doivent, en régime stationnaire, rester relativement voisines, un écart excessif traduisant un écoulement dynamique anormal dans le circuit pneumatique.

Les entrées 36, 37 de la carte de commande 25 recevant les mesures de vitesse V1, V2 sont reliées à un comparateur 53 qui détermine l'écart entre les deux valeurs mesurées V1, V2 et compare cet écart à un seuil prédéterminé, par exemple de 60 km/h, supérieur aux valeurs de glissement roue/rail habituelles. Lorsque l'écart dépasse le seuil, le comparateur 53 émet un signal de sortie DV, ce qui indique une avarie de l'un des capteurs de vitesse. Dans ces conditions, il est souhaitable d'interrompre le fonctionnement du dispositif pour éviter que la pression P appliquée au coussin pneumatique 8 soit déterminée sur la base d'informations de vitesse erronées.

Les moyens de détection d'avarie comprennent en outre des moyens pour détecter le dépassement de la limite d'usure des bandes de frottement du pantographe 1.

Les bandes de frottement sont des parties de l'archet 4 qui, en service, sont en contact avec la ligne caténaire 10. Ces moyens de détection de dépassement de limite d'usure sont partiellement visibles à la figure 1. Un tuyau pressurisé fermé 55 s'étend le long de la structure déployable du pantographe 1, à l'intérieur des bras auxiliaires 7, et comporte une extrémité fermée située vers l'archet 4 et une extrémité reliée à un capteur de pression non représenté situé dans la voiture motrice.

L'extrémité fermée du tuyau 55 comporte un tube creux formé au coeur des bandes de frottement et des cornes d'extrémité de l'archet 4. Le tuyau 55 est mis sous pression, et lorsque l'usure des bandes de frottement devient telle que le tube formé au coeur de bandes de frottement et relié au tuyau 55 devient exposé à l'air extérieur ou bien qu'une des deux cornes d'extrémité soit arrachée ou détériorée, la pression mesurée par le capteur chute, de sorte que celui-ci émet un signal de détection de dépassement de limite d'usure U. La carte de commande 25 comporte une entrée 56 pour recevoir et mettre en forme le signal de détection de dépassement de limite d'usure U.

L'alimentation en pression du tuyau 55 peut être également prise à partir de l'alimentation pneumatique isolante 9, une fuite d'air au niveau de l'archet 4 étant alors directement vue par le capteur 50, le défaut U serait alors à l'origine de l'écart P-PA.

La carte de commande 25 comprend une porte OU 57 qui comporte trois entrées reliées respectivement à l'entrée 56 de la carte de commande 25, au comparateur 52 des signaux de pression et au comparateur 53 des signaux de vitesse. La sortie de la porte OU 57 est reliée à une entrée d'une porte ET 58. La porte ET 58 comporte en outre deux autres entrées reliées respectivement à l'entrée 46 de la carte de commande 25 recevant le signal binaire MD de montée/descente du pantographe 1 et, par l'intermédiaire d'un circuit à retard 59, à l'entrée 47 de la carte de commande 25 recevant le signal binaire CC de contact avec la ligne caténaire. La sortie de la porte
ET 58 est reliée à une entrée d'un circuit de temporisation 60 réglé sur une durée de temporisation prédéterminée TI.

Lorsque l'un des signaux de détection d'avarie
DP, DV, U indique une avarie du dispositif, la porte OU 57 adresse un signal correspondant à la porte ET 58.

Lorsque la porte ET 58 reçoit simultanément ce signal de sortie de la porte OU 57, un signal MD indiquant une commande de montée du pantographe, et un signal issu du circuit à retard 59 et traduisant le fait que l'archet 4 est en contact avec la ligne caténaire 10 (CC = 1) depuis au moins l'intervalle de temps TO imposé par le circuit 59, la porte ET 58 adresse au circuit de temporisation 60 un signal qui indique qu'une condition anormale de fonctionnement a été détectée. Si ce signal parvient sans interruption au circuit de temporisation 60 pendant au moins la durée T1, ce circuit de temporisation 60 commande le relais 49 pour qu'il ouvre l'électro-valve 13 afin de faire chuter la pression dans le coussin 8 par purge du circuit pneumatique. Il peut également commander la servovalve 16 par l'intermédiaire du circuit 45.

La figure 4 indique des chronogrammes de fonctionnement du dispositif dans un exemple particulier dans lequel la pression P appliquée aux coussins 8 est déterminée en fonction de la vitesse V de la rame dont l'évolution en fonction du temps t est représentée sur le chronogramme I. Le chronogramme II représente l'évolution de la pression PA mesurée par le capteur 50, qui est pratiquement égale à la pression régnant dans le coussin pneumatique 8 en fonctionnement normal et après l'intervalle de temps TO. Le chronogramme III représente l'évolution du signal binaire MD de montée/descente du pantographe 1.Dans l'exemple illustré à la figure 4, la rame passe d'abord d'une vitesse nulle à une vitesse stabilisée VS1, puis, après avoir circulé à la vitesse VS1, accélère jusqu'à une autre vitesse stabilisée VS2 (voir chronogramme I). Lorsque la rame circule à vitesse stabilisée VS1, le conducteur peut commander un repli du pantographe 1 (MD = 0) pour une raison quelconque. Il commande ensuite de nouveau une montée du pantographe 1 (MD = 1).

Le chronogramme V illustre l'évolution du signal CC indiquant le contact entre l'archet 4 et la ligne caténaire 10. Ce signal CC prend la valeur 1 avec un retard TM par rapport au signal MD, ce retard TM résultant de l'unité de réglage du temps de montée 17. De même, le signal CC passe de la valeur 1 à la valeur 0 avec un retard TD par rapport au signal MD, ce retard TD résultant de l'unité de réglage du temps de descente 15.

Bien entendu, les retards TD et TM résultant des unités 15, 17 dépendent également de la vitesse de la rame en raison des forces aérodynamiques s'exerçant sur le pantographe 1.

Lorsque on a simultanément MD = 1 et CC = 0, le circuit de sélection 45 applique une consigne CPS (voir chronogramme IV) selon laquelle la pression P à appliquer au coussin 8 est égale à la pression PS déterminée par le circuit 41 pour l'exécution du déploiement du pantographe 1. Lorsque cette consigne CPS est appliquée, la pression
PA dans le coussin 8 commence par monter rapidement (écoulement d'air par l'intermédiaire du clapet 21) jusqu'à ce que la pression PA atteigne une valeur PE1,
PE2 qui équilibre sensiblement les forces maintenant le pantographe 1 en position repliée.Lorsque cette valeur PE1, PE2 (qui dépend de la vitesse V de la rame : dans le cas d'efforts aérodynamiques déporteurs, PE2 > PE 1) est atteinte, le clapet 21 se ferme à une pression en rapport avec PE1 et le déploiement du pantographe 1 résulte de l'écoulement d'air à travers le limiteur de débit 23. Ce mouvement de déploiement s'effectue avec une pression pratiquement constante dans le coussin 8, jusqu'à ce que l'archet 4 atteigne la ligne caténaire 10. A cet instant, le signal CC prend la valeur 1 et la consigne CPD (voir chronogramme IV) appliquée par le circuit de sélection 45 est de sélectionner la valeur de pression PD dépendant de la vitesse comme pression P à appliquer au coussin 8. La servovalve 16 est alors activée pour appliquer au coussin 8 une pression réglée en fonction de la vitesse.Après l'intervalle de temps TO imposé par le circuit 59, la détection d'avarie du dispositif devient effective (chronogramme VI de la figure 4). Cet intervalle de temps
TO est choisi, par exemple entre 1 et 5 secondes, pour éviter que, pendant la période transitoire dl, d2 séparant l'instant où l'archet 4 vient au contact de la ligne caténaire 10 et l'instant où la pression PA dans le coussin 8 se stabilise à la valeur PS1, PS2 déterminée par le circuit de sélection 45, une différence de pression entre les valeurs P et PA soit considérée comme traduisant un fonctionnement anormal du dispositif. Sur le chronogramme II, on a tracé en traits mixtes les valeurs minimum et maximum de la pression PA qui correspondent à la valeur P calculée en fonction de la vitesse V à laquelle on ajoute ou on retranche l'écart maximum considéré par le comparateur 52.On voit sur le chronogramme II que, lorsqu'un écart de pression supérieur au seuil est constaté pendant une durée tl inférieure à la durée de temporisation T1 du circuit de temporisation 60, le fonctionnement du dispositif n'est pas modifié et le réglage de pression est maintenu. En revanche, lorsque l'écart de pression dépasse le seuil prédéterminé pendant une durée t2 supérieure à la durée de temporisation TI, la pression PA dans le coussin 8 chute en raison de la mise à la purge du circuit pneumatique par l'électro-valve 13 ou de la servovalve 16. La durée de temporisation T1 est choisie, par exemple entre 1 et 5 secondes, pour éviter que de brefs artefacts électriques soient interprétés comme une avarie du dispositif.Cette temporisation T1-tient compte également des brèves augmentations de la pression dans le coussin 8 qui peuvent résulter d'un petit obstacle rencontré par l'archet 4 le long de la ligne caténaire 10, sans que le fonctionnement du dispositif devienne anormal.

Par rapport aux réalisations antérieures, dans lesquelles l'actionneur pneumatique du pantographe était alimenté en tout ou rien avec une pression nominale fixe, la présente invention fournit de larges possibilités d'adaptation de l'effort de contact entre le collecteur de courant et la ligne caténaire en fonction des conditions d'utilisation. Elle simplifie en outre les réglages préalables habituellement nécessaires pour que le fonctionnement du pantographe soit compatible avec la variété des conditions d'utilisation rencontrées.

Bien qu'on ait décrit l'invention en référence à des exemples de réalisation spécifiques, on comprendra que diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de la présente invention.

Ainsi, pour le réglage de la pression, on peut prendre en compte des paramètres de fonctionnement autres que ceux mentionnés ci-dessus à titre d'exemples.

Claims (27)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour alimenter électriquement une rame ferroviaire depuis une ligne caténaire (10), dans lequel on applique un collecteur de courant (4) contre la ligne caténaire (10) en commandant au moins un actionneur pneumatique (8) agissant sur une structure déployable (5, 6, 7) supportant le collecteur de courant (4), caractérisé en ce que lorsque, le collecteur de courant (4) est en contact avec la ligne caténaire (0), on applique à l'actionneur pneumatique (8) une pression asservie réglée en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement de la rame.

2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce, pour régler la pression appliquée à l'actionneur pneumatique (8), on tient compte du type de la ligne caténaire (10).

3. Procédé conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour régler la pression appliquée à l'actionneur pneumatique (8), on tient compte de l'emplacement du collecteur de courant (4) sur la rame.

4. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour régler la pression appliquée à l'actionneur pneumatique (8), on tient compte du sens de circulation de la rame.

5. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on règle la pression appliquée à l'actionneur pneumatique (8) en fonction d'une valeur (IM) représentative du courant nécessaire pour l'alimentation d'installations électriques situées dans la rame.

6. Procédé conforme à la revendication 5, la rame ferroviaire comprenant plusieurs motrices, caractérisé en ce qu'on utilise des valeurs de courant (I1, I2, ...) nécessaires pour l'alimentation de systèmes moteurs situés dans chacune des motrices et on choisit la plus grande de ces valeurs de courant (I1, I2, ...) comme valeur de courant (IM) représentative pour régler la pression appliquée à l'actionneur pneumatique (8).

7. Procédé conforme à l'une des revendications l à 5, caractérisé en ce que, la rame étant équipée de plusieurs collecteurs de courant, les pressions appliquées à leurs actionneurs pneumatiques respectifs sont réglées de manière indépendante.

8. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on règle la pression appliquée à l'actionneur pneumatique (8) en fonction d'une valeur (VM) représentative de la vitesse instantanée de la rame.

9. Procédé conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que, plusieurs mesures (V1, V2) de la vitesse de la rame étant effectuées indépendamment, on calcule à partir de ces mesures de vitesse (V1, V2) la valeur de vitesse (VM) représentative pour régler la pression appliquée à l'actionneur pneumatique (8), on calcule l'écart entre ces différentes mesures de vitesse (V1, V2) et, lorsque cet écart dépasse un seuil prédéterminé pendant au moins une durée prédéterminée (T1), on fait chuter la pression dans-l'actionneur pneumatique (8).

10. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on effectue plusieurs déterminations de pression (P, PA) en différents points d'un circuit pneumatique (9, 12, 13, 14, 15, 16, 17) alimentant l'actionneur pneumatique (8), on calcule l'écart entre ces différentes déterminations de pression (P, PA) et, lorsque cet écart dépasse un seuil prédéterminé pendant au moins une durée prédéterminée (T1), on fait chuter la pression dans l'actionneur pneumatique (8).

11. Procédé conforme à la revendication 10, caractérisé en ce qu'on fait chuter la pression dans l'actionneur pneumatique (8) lorsque l'écart entre les différentes déterminations de pression (P, PA) dépasse un seuil prédéterminé pendant au moins une durée prédéterminée, à condition que le collecteur de courant (4) soit en contact avec la ligne caténaire (10) depuis au moins un intervalle de temps prédéterminé (TO).

12. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on fait chuter la pression dans l'actionneur pneumatique (8) lorsqu'on détecte un dépassement de limite d'usure ou une détérioration des parties du collecteur de courant (4) qui, en service, sont en contact avec la ligne caténaire (10).

13. Dispositif pour alimenter électriquement une rame ferroviaire depuis une ligne caténaire (10), comprenant un collecteur de courant (4) supporté par une structure déployable (5, 6, 7), au moins un actionneur pneumatique (8) agissant sur la structure déployable (5, 6, 7) pour appliquer le collecteur de courant (4) contre la ligne caténaire (10), et un circuit pneumatique (9, 12, 13, 14, 15, 16, 17) pour alimenter l'actionneur pneumatique (8), caractérisé en ce que le circuit pneumatique comprend des moyens de régulation de pression (16) pour appliquer à l'actionneur pneumatique (8) une pression asservie réglable, ces moyens de régulation de pression (16) étant reliés à des moyens de commande (25) agencés pour déterminer la pression à appliquer par les moyens de régulation de pression (16) en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement de la rame lorsque le collecteur de courant (4) est en contact avec la ligne caténaire (10).

14. Dispositif conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de régulation de pression (16) comprennent un dispositif (16a) modifiant les conditions d'écoulement pneumatique dans le circuit, et, en aval de ce dispositif (16a), un capteur de pression (16b) agencé pour une commande par rétroaction dudit dispositif (16a).

15. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que les moyens de commande (25) comportent une entrée (30) pour recevoir une information (SC) représentative du type de la ligne caténaire, cette information (SC) étant utilisée pour déterminer la pression à appliquer par les moyens de régulation de pression (16).

16. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que les moyens de commande (25) comportent une entrée (43) pour recevoir une information (EP) représentative de l'emplacement du collecteur de courant (4) sur la rame, cette information (EP) étant utilisée pour déterminer la pression à appliquer par les moyens de régulation de pression (16).

17. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que les moyens de commande (25) comportent une entrée (44) pour recevoir une information (SM) représentative du sens de circulation de la rame, cette information (SM) étant utilisée pour déterminer la pression à appliquer par les moyens de régulation de pression (16).

18. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que les moyens de commande (25) comprennent au moins une entrée (31, 32) pour recevoir une information (I1, I2) représentative du courant nécessaire pour l'alimentation d'installations électriques situées dans la rame, cette information (I1, I2) étant utilisée pour déterminer la pression à appliquer par les moyens de régulation de pression (16).

19. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que les moyens de commande (25) comprennent au moins une entrée (36, 37) pour recevoir une information (V1, V2) représentative de la vitesse de la rame, cette information (V1, V2) étant utilisée pour déterminer la pression à appliquer par les moyens de régulation de pression (16).

20. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection d'avarie (50, 51, 52, 53, 55, 56, 57, 58) associés à des moyens de temporisation (60) pour commander une chute de pression dans l'actionneur pneumatique (16) lorsqu'une avarie est détectée pendant au moins une durée prédéterminée (T1).

21. Dispositif conforme à la revendication 20, caractérisé en ce que les moyens de détection d'avarie comprennent des moyens de détermination de la pression (16, 45, 50) en au moins deux points différents du circuit pneumatique, et des moyens (52) pour comparer l'écart entre les différentes valeurs de pression (P, PA) obtenues par les moyens de détermination de pression à un seuil prédéterminé.

22. Dispositif conforme à la revendication 21, caractérisé en ce que les moyens de détermination de pression comprennent au moins un capteur de pression (50) situé dans le circuit pneumatique en aval des moyens de régulation de pression (16).

23. Dispositif conforme à l'une des revendications 20 à 22, caractérisé en ce qu'au moins deux capteurs indépendants étant prévus pour mesurer la vitesse de la rame, les moyens de détection d'avarie comprennent des moyens (53) pour comparer l'écart entre les valeurs de vitesse (V1, V2) mesurées par ces capteurs à un seuil prédéterminé.

24. Dispositif conforme à l'une des revendications 20 à 23, caractérisé en ce que les moyens de détection d'avarie comprennent des moyens (55) pour détecter un dépassement de limite d'usure ou une détérioration des parties du collecteur de courant (4) qui, en service, sont en contact avec la ligne caténaire (10)

25. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 à 24, caractérisé en ce que les moyens de réglage de pression comprennent une servovalve (16).

26. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 à 24, caractérisé en ce que les moyens de réglage de pression comprennent une valve proportionnelle et un capteur de pression et en ce que la valve proportionnelle est commandée par une boucle de rétroaction incluse dans les moyens de commande (25).

27. Dispositif conforme à l'une des revendications 13 à 24, caractérisé en ce que les moyens de réglage de pression comprennent une électrovalve de type tout-ou-rien à centres fermés et un capteur de pression et en ce que l'électrovalve est commandée par une boucle de rétroaction incluse dans les moyens de commande (25).