FR2747986A1

FR2747986A1 - Procede et systeme de surveillance d'un dispositif d'aiguillage

Info

Publication number: FR2747986A1
Application number: FR9605366A
Authority: FR
Inventors: Gerard Porte
Original assignee: SNCF Mobilites
Current assignee: SNCF Mobilites
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1996-04-29
Publication date: 1997-10-31
Anticipated expiration: 2016-04-29
Also published as: FR2747986B1

Abstract

Le système de surveillance comprend des moyens (109) de mesure directe du couple délivré par le moteur du mécanisme d'aiguillage au cours de son actionnement, par exemple un capteur de force (109) disposé entre un point fixe et le stator du moteur, monté libre à rotation autour de l'axe (Ax) du rotor (110).

Description

Procédé et système de surveillance d'un dispositif d'aiguillage.

L'invention concerne la surveillance d'un dispositif d'aiguillage, en particulier un aiguillage de voie ferrée.

Les dispositifs d'aiguillage, tels que ceux que l'on rencontre sur les voies ferrées françaises, comportent un mécanisme calé de manoeuvre électrique, actionnant la tringle de manoeuvre de l'aiguillage destinée à déplacer les aiguilles. Le électromécanique d'aiguillage comporte un moteur électrique asynchrone triphasé du type dit "couple" c'est-à-dire capable d'entraîner un couple important à très faible vitesse, ayant une consommation quasiment constante quelle que soit la charge, et pouvant être bloqué pendant quelques secondes sans détérioration. Le rotor de ce moteur actionne, par l'intermédiaire d'un limiteur de couple à friction, et d'un train réducteur comportant à son extrémité une fourche de calage du mécanisme, un bras de manoeuvre entraînant la tringle de manoeuvre de l'aiguillage.

Actuellement, la surveillance de ces dispositifs d'aiguillage, en vue de leur maintenance, consiste à organiser des visites d'entretien périodiques sur le terrain au cours desquelles le personnel chargé de la maintenance vérifie l'état et le bon fonctionnement des différents éléments, pour éventuellement procéder à un graissage des coussinets de l'aiguillage.

Or, non seulement un tel procédé de surveillance nécessite le déplacement d'équipes sur le terrain, mais il ne permet pas de se prémunir contre une défaillance du dispositif d'aiguillage entre deux visites de maintenance, notamment si de fortes pluies ont entre temps lavé les coussinets de l'aiguillage de la graisse dont ils avaient été recouverts lors de la visite précédente.

L'invention vise à apporter une solution à ces problèmes.

Un but de l'invention est de proposer un procédé et un système de surveillance du fonctionnement du dispositif d'aiguillage en vue de sa maintenance, qui permettent de déclencher à bon escient une intervention sur l'aiguillage proprement dit ou sur le mécanisme de manoeuvre si les efforts enregistrés s'approchent d'une valeur critique prédéterminée.

Un autre but de l'invention est d'aider à la détermination de la partie défectueuse du dispositif d'aiguillage.

L'invention propose donc un procédé de surveillance d'un dispositif d'aiguillage comprenant une mesure directe du couple délivré par le moteur du mécanisme d'aiguillage au cours de son actionnement.

Cette mesure directe du couple délivré par le moteur électrique pourrait s'effectuer par l'utilisation de capteur de couple dynamiques mesurant le couple directement au niveau du rotor du moteur. Cependant, non seulement de tels capteurs de couple dynamiques sont extrêmement coûteux et fragiles mais ils sont également actuellement plus destinés à des moteurs de taille importante qu'à des moteurs de mécanisme d'aiguillage qui présentent un diamètre relativement faible, typiquement de l'ordre de 12 à 14 cm.

Aussi, l'invention prévoit-elle avantageusement d'effectuer la mesure directe du couple à partir de la mesure de l'effort encaissé par un capteur de force disposé entre un point fixe et le stator du moteur qui est monté libre à rotation autour de l'axe du rotor.

Après de nombreux essais, le demandeur a observé que la mesure directe du couple délivré par le moteur électrique était un bon critère de surveillance des différents éléments du dispositif d'aiguillage, notamment le limiteur de couple, mais encore l'ensemble de la chaîne cinématique, ou bien les coussinets d'aiguillage. Par ailleurs, l'analyse des valeurs mesurées pendant la manoeuvre de l'aiguillage en tout point de la course de ce dernier, permet de faciliter la détection de la partie défectueuse du dispositif d'aiguillage. En outre, cette mesure du couple pendant la manoeuvre de l'aiguillage permet de déterminer la valeur dynamique de réglage du limiteur de couple à friction et d'en déduire ainsi son état d'usure.

Cette mesure directe du couple selon l'invention se distingue ainsi de la mesure d'autres paramètres, tels que l'intensité du courant absorbé par le moteur, ou le temps de manoeuvre des aiguilles, paramètres qui ne varient pas de façon sensible en présence d'efforts de manoeuvre sensiblement différents. En d'autres termes la prise en compte de ces paramètres ne permet pas de faire, de façon significative, la différence entre deux manoeuvres consécutives du mécanisme d'aiguillage avec une charge identique et deux manoeuvres consécutives du mécanisme avec deux charges différentes. En outre l'exploitation de ces paramètres ne permet pas de vérifier le réglage du limiteur de couple à friction du mécanisme.

L'invention permet également de s'affranchir de placer un capteur d'effort sur la tringle de manoeuvre de l'aiguillage, ce qui, outre le fait qu'un tel capteur ne fournit aucune information sur les caractéristiques du mécanisme proprement dit, présente l'inconvénient de placer dans un environnement agressif constitué par le ballast, un capteur de mesure ainsi que son câble d'alimentation, animés d'un mouvement de va-et-vient.

Enfin, la mesure directe du couple selon l'invention, notamment en utilisant un capteur disposé directement au niveau du moteur électrique du mécanisme, permet de dimensionner ce capteur uniquement en fonction de l'effort réel à mesurer, sans se soucier des efforts de réaction des aiguilles dus au chariotage, c'est-à-dire au passage d'un bogie sur l'aiguillage, efforts de réaction qui sont nettement plus élevés.

L'invention a également pour objet un système de surveillance d'un dispositif d'aiguillage, comprenant des moyens de mesure directe du couple délivré par le moteur du mécanisme d'aiguillage au cours de son actionnement.

Ces moyens de mesure comportent avantageusement un capteur de force disposé entre un point fixe, par exemple un point fixe de la cuve du mécanisme, et le stator (ou la carcasse) du moteur monté libre à rotation autour de l'axe du rotor.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la carcasse du moteur, qui est reliée au stator, est montée tourillonnante dans des paliers solidaires d'un bâti ou support d'adaptation. Le rotor du moteur passe au travers de l'un des paliers et le capteur est fixé entre le bâti et un bras solidaire de la carcasse.

Bien que l'on puisse utiliser différents types de capteurs statiques d'efforts, par exemple des capteurs de déplacement à deux ressorts antagonistes ou bien des capteurs hydrauliques, il a été jugé préférable d'utiliser un capteur de traction-compression à jauges de contraintes. En effet, de tels capteurs à jauges extensométriques ne subissent qu'une déformation de quelques microns ce qui évite quasiment tout déplacement angulaire de la carcasse (stator) du moteur montée tourillonnante dans ces paliers.

H a été également jugé préférable, même si la déformation du capteur est minime, de monter le capteur articulé à chacune de ses extrémités respectivement autour de deux axes parallèles entre eux et à l'axe du rotor. En outre, l'une des extrémités du capteur, par exemple l'extrémité inférieure, est uniquement enfilée sur l'axe correspondant sans être bloquée en translation par un boulon. Ceci permet de s' affranchir des erreurs éventuelles d'alignement des épaulements des deux axes de fixation du capteur et d'éviter ainsi un vrillage éventuel du capteur.

Le système comprend également avantageusement des moyens d'interface entre le capteur et une unité de traitement qui est propre à stocker et à analyser l'évolution temporelle des valeurs mesurées au cours de l'actionnement de l'aiguillage.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels:
- les figures 1 et 2 représentent très schématiquement la structure d'un dispositif d'aiguillage non équipé d'un système de surveillance selon l'invention,
- les figures 3 et 4 illustrent très schématiquement un dispositif d'aiguillage équipé d'un système de surveillance selon l'invention,
- la figure 5 est un synoptique schématique d'une autre partie du système de surveillance selon l'invention, et
- la figure 6 représente différentes courbes temporelles d'efforts obtenues à partir du système de surveillance selon l'invention.

Tel qu'illustré sur les figures 1 et 2, un mécanisme d'aiguillage classique comporte, dans une cuve 2, un moteur électrique 1 asynchrone triphasé du type couple, tournant typiquement à 3000 tr/mn. La carcasse 11 de ce moteur est parfaitement immobilisée en rotation au moyen de quatre boulons 15 vissés dans la cuve 2.

Le rotor 10 de ce moteur est solidaire d'un limiteur de couple à fnction 3 constitué d'un empilement de disques de fonte et d'acier inoxydable. Ce limiteur de couple est destiné à protéger le moteur des chocs en fin de course des aiguilles.

Le limiteur entraîne le bras de manoeuvre 6 par l'intermédiaire d'un train de pignons réducteurs 4 (chaîne cinématique) pourvu en bout, d'un système de calage 5 comportant une fourche.

Le bras de manoeuvre 6 entraîne la tringle de manoeuvre 7 des aiguilles.

Les figures 3 et 4 illustrent très schématiquement un dispositif d'aiguillage modifié par rapport à celui illustré sur les figures 1 et 2, pour incorporer le système de surveillance selon l'invention.

Sur les figures 3 et 4, les éléments analogues ou ayant des fonctions analogues à ceux représentés sur les figures 1 et 2, sont affectés de références augmentées de 100 par rapport à celles qu'avaient ces éléments sur les figures 1 et 2. A des fins de simplification, seules les différences entre les figures 3 et 4 d'une part et les figures 1 et 2 d'autre part, seront maintenant décrites.

Comme on peut le voir très schématiquement sur la figure 3, le fond de la cuve 102 comporte des bossages 120 destinés à recevoir des bossages correspondants 180 d'un support ou bâti 108 afin de solidariser ce dernier de la cuve au moyen de boulons par exemple.

Le bâti 108 comporte, à son extrémité avant, un palier avant 114 AV disposé d'équerre par rapport au plan du bâti. Dans l'exemple décrit ici, le palier 114 AV est soudé sur le bâti mais bien entendu, il peut être fixé par d'autres moyens. Le bâti et le palier avant pourraient être également réalisés d'une seule pièce par moulage.

A l'arrière du bâti 108 est fixé au moyen de deux boulons 181, un palier arrière 114 AR.

La carcasse 111 du moteur 100 est équipée à l'avant et à l'arrière de deux flasques respectifs 112AV et 112AR. Les deux flasques comportent respectivement des tourillons 113 AV et 113 AR destinés à s'appuyer à l'intérieur d'alésages respectifs des paliers 114 AV et 114 AR. Les deux alésages des paliers sont coaxiaux avec l'axe Ax du rotor 110.

Du point de vue du montage, le tourillon 113 AV du moteur 100 est placé dans l'alésage correspondant du palier avant puis, le palier arrière 114 AR est enfilé sur le tourillon arrière 113 AR et boulonné sur le bâti.

On remarque donc ici que la carcasse 111 du moteur qui est solidaire du stator de ce dernier, est montée libre à rotation autour de l'axe Ax du rotor.

Afin d'immobiliser la carcasse en rotation, un capteur à jauges extensométriques 109, par exemple celui commercialisé par la société TME (TECHNIQUES MODERNES D'EXTENSOMÉTRIE) sous la référence F 621 TC, est disposé entre l'extrémité latérale inférieure du palier avant 114 AV et l'extrémité d'un bras 190 solidaire, par exemple par soudure, de la carcasse 111 du moteur.

En d'autres termes, le capteur de force 109 est disposé entre un point fixe, ici un point fixe du bâti et donc de la cuve, et le stator (ici la carcasse) du moteur. Lorsque le moteur électrique est en fonctionnement, le couple exercé au niveau du rotor se traduit par un couple de réaction en sens inverse exercé au niveau de la carcasse du moteur, qui est contrebalancé par l'effort de traction ou de compression encaissé par le capteur 109, compte tenu de la longueur du bras de levier 190.

En d'autres termes, l'effort encaissé et mesuré par le capteur 109 est directement relié (à la longueur du bras de levier 190 près) à la valeur du couple délivré par le moteur électrique 100 du mécanisme d'aiguillage.

L'utilisation d'un capteur à jauges extensométriques, dont la variation de longueur en traction ou en compression est de l'ordre de quelques microns compte tenu des efforts à encaisser, permet de bien rigidifier l'ensemble "bâti-capteur-carcasse" et évite ainsi des légers déplacements angulaires de la carcasse qui auraient pu être obtenus en présence de capteurs statiques d'efforts du type à deux ressorts antagonistes. Le capteur à jauges extensométriques utilisé ici offre donc notamment l'avantage de rendre le système moins sensible aux vibrations.

Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, l'extrémité latérale inférieure du palier avant 114 AV est pourvue d'un axe 191 tandis que I'extrémité du bras de levier 190 est pourvue d'un axe analogue 193. Les deux extrémités du capteur 109 sont enfilées sur les axes respectifs 191 et 193 de sorte que le capteur est monté libre à rotation autour de ces deux axes.

Ceci étant, alors que l'extrémité supérieure du capteur est immobilisée en translation avec un écrou 192 situé sur l'axe 193, l'extrémité inférieure du capteur est simplement enfilée sur l'axe 191, c'est-à-dire qu'elle est libre en translation sur cet axe. Une telle disposition permet d'éviter un vrillage éventuel du capteur lors du fonctionnement, occasionné par un défaut d'alignement des épaulements des deux axes 191 et 193.

Comme illustré très schématiquement sur la figure .5, cette première partie du système de surveillance selon l'invention est complétée par une première interface 30 recevant le signal électrique délivré par le capteur 109 et représentatif de l'effort encaissé par ce dernier, et par conséquent du couple délivré par le moteur.

Cette première interface 30 comporte notamment un amplificateur 300 suivi d'un convertisseur analogique/numérique 301 connecté à un MODEM 302 (modulateur-démodulateur). Les informations délivrées par le MODEM et issues du signal électrique délivré par le capteur 109, sont transmises par exemple par l'intermédiaire d'une ligne téléphonique 70 à une deuxième interface 40 comportant également un MODEM 400. Une unité de traitement, par exemple un micro-ordinateur 50, associé à une mémoire 60, est connectée à l'interface 40 pour analyser et stocker les informations délivrées par le capteur 109 lors de la manoeuvre de l'aiguillage.

Bien entendu, alors que le système d'amplification du signal a été représenté ici déporté du capteur, il peut être également intégré à ce dernier. De même, l'alimentation du capteur et de l'amplificateur peut être assurée à partir d'une source spécifique de courant continu, ou bien générée localement par le courant triphasé d'alimentation du moteur, lors de la rotation de ce dernier.

La figure 6 illustre l'évolution temporelle de l'amplitude du signal délivré par le capteur lors de la manoeuvre de l'aiguillage dans un sens. Bien entendu si l'aiguillage est manoeuvré dans l'autre sens, correspondant à une rotation en sens inverse du moteur, cette évolution serait symétrique par rapport à l'axe des abscisses. La courbe illustrée est directement représentative de l'amplitude du signal délivré par le capteur, c'est-à-dire de son effort encaissé, et est également directement représentative, à un coefficient près (longueur du bras de levier), du couple délivré par le moteur.

La courbe C1, en trait plein, représente une courbe typique d'évolution de couple pour un fonctionnement normal d'un moteur électrique asynchrone triphasé alimenté selon un schéma dit "quatre fils".

Plus précisément, si le temps TO marque le début de l'actionnement du moteur, la courbe C1 comporte un premier palier
C10 s'étendant jusqu'au temps T1 (typiquement 0,5 seconde) et représentatif du déverrouillage de l'aiguillage. Le palier C10 se poursuit par un second palier C11, s'étendant jusqu'au temps T2 (typiquement 3,7 secondes) et représentatif du déplacement des aiguilles. Le palier C11 se poursuit par un palier terminal C12 caractéristique du verrouillage des aiguilles dans la position atteinte.

Ce palier se termine au temps T3 qui est typiquement égal à 4,2 secondes.

Dans le cas d'un moteur électrique alimenté selon un schéma dit "quatre fils", l'alimentation de ce dernier est maintenue encore
pendant 1,8 seconde c'est-à-dire jusqu'au temps T4 typiquement égal à
6 secondes. Pendant cet intervalle de temps, et afin d'éviter un blocage
du moteur, les disques du limiteur de couple patinent et le palier C13
est alors représentatif du couple délivré par le moteur et égal à la
valeur dynamique de réglage du limiteur de couple à friction.

Dans le cas d'un mécanisme d'aiguillage comportant une
alimentation selon un schéma dit à "cinq fils" avec des contacts de
contrôle destinés à indiquer la fin du mouvement des aiguilles, la
coupure d'alimentation du moteur intervient au bout de 4,2 secondes
mais le limiteur de couple n'intervient que pendant un temps plus
court, jusqu'au temps T5, en raison de l'inertie d'entraînement du moteur. En d'autres termes, dans le cas d'une alimentation à cinq fils,
le palier C13 se termine au point I et se prolonge par la portion de
courbe C18 représentée en trait mixte.

L'analyse de l'évolution de la courbe de couple permet la
surveillance aisée, et à distance, du dispositif d'aiguillage. Elle
facilite également la détection de la partie défectueuse du dispositif.

En effet, si les trois paliers C10, C11 et C12 subissent un décalage
vers le haut par rapport à la valeur de référence REF (courbe C110) il
est très probable que ceci soit représentatif d'un durcissement global
des pièces en mouvement, nécessitant en général un graissage des
coussinets de l'aiguillage.

Si par contre on observe un pic C100 ou C120 dans les
phases de verrouillage ou de déverrouillage de l'aiguillage, une
défectuosité est alors très probablement à rechercher au niveau de ces
dispositifs.

Un pic Cl 1 1 au niveau du palier Cl 1 peut être représentatif
d'u point dur dans la chaîne cinématique, provoqué par exemple par
une usure ou une rupture d'une dent de pignon.

Un décalage vers le bas du palier C13 (courbe Cl 30) est
représentatif d'une usure du limiteur de couple. H convient de noter ici
que, même dans le cas d'une alimentation à cinq fils, le pic situé entre
les instants T3 et T5 est d'une durée suffisante pour permettre la
détection d'une diminution de valeur de ce pic représentative d'une
usure du limiteur.

H convient enfin de noter que l'invention permet de détenniner constamment l'écart de valeur entre le palier obtenu pendant la manoeuvre des aiguilles et le palier obtenu au niveau du limiteur en fin d'alimentation moteur, de façon à déclencher une intervention lorsque cet écart devient inférieur à une valeur prédéterminée. En effet, si les deux paliers se rejoignent, l'aiguillage ne fonctionne plus.

Bien entendu, l'unité de traitement permet d'effectuer en temps réel toutes ces comparaisons et d'émettre des signaux d'alarme en cas d'obtention d'un ou de plusieurs défauts potentiels sur le dispositif d'aiguillage. Les différentes courbes peuvent être également stockées dans la mémoire 60 aux fins d'historique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de surveillance d'un dispositif d'aiguillage, caractérisé par le fait qu'il comprend une mesure directe du couple délivré par le moteur (100) du mécanisme d'aiguillage au cours de son actionnement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite mesure directe du couple comporte la mesure de l'effort encaissé par un capteur de force (109) disposé entre un point fixe et le stator (111) du moteur monté libre à rotation autour de l'axe du rotor.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une étape d'analyse de l'évolution temporelle des valeurs mesurées au cours dudit actionnement.

4. Système de surveillance d'un dispositif d'aiguillage, comprenant des moyens (109) de mesure directe du couple délivré par le moteur (100) du mécanisme d'aiguillage au cours de son actionnement.

5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens de mesure comportent un capteur de force (109) disposé entre un point fixe et le stator (111) du moteur monté libre à rotation autour de l'axe (Ax) du rotor (110).

6. Système selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la carcasse (111) du moteur est montée tourillonnante (113 AV, 113 AR) dans des paliers (114 AV, 114 AR) solidaires d'un bâti (108), le rotor (110) du moteur passant au travers de l'un des. paliers (114 AV), et par le fait que le capteur (109) est fixé entre le bâti et un bras (190) solidaire de la carcasse.

7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que le capteur est un capteur de traction-compression à jauges de contraintes.

8. Système selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le capteur est monté articulé à chacune de ses extrémités respectivement autour de deux axes (191, 193) parallèles entre eux et à l'axe (Ax) du rotor, et par le fait que l'une des extrémités du capteur est uniquement enfilée sur l'axe correspondant (191).

9. Système selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'interface (30, 40) entre le capteur (109) et une unité de traitement (40) propre à stocker et à analyser l'évolution temporelle des valeurs mesurées au cours dudit actionnement.