FR2859966A1 - Patin a galets roulant dans un rail et comprenant un capteur d'usure du rail - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un patin à galets roulant sur un rail, qui est équipé d'un capteur d'usure du chemin de roulement de ce rail.Le patin à galets est destiné à rouler sur un chemin de roulement d'un rail de longueur importante, un chariot de manutention étant suspendu à ce patin (1), afin de déplacer des charges importantes le long de ce rail. Ce patin (1) est équipé d'un capteur d'usure (9, 10) conformé pour détecter la présence d'une zone d'usure dans le chemin de roulement. Ce capteur d'usure peut être orienté vers le chemin de roulement ou vers une surface du rail opposée à ce chemin de roulement pour détecter une zone d'usure du chemin de roulement lorsqu'il s'éloigne de cette face d'une distance supérieure à une valeur seuil.L'invention s'applique au domaine de la manutention sur un site industriel tel qu'un site de production.

Description

L'invention concerne un patin à galets destiné à rouler sur un chemin de

roulement d'un rail, un chariot de manutention étant suspendu à ce patin.

L'invention touche de façon générale au domaine du convoyage sur chariot suspendu, par exemple dans une exploitation industrielle. Dans une telle installation le chariot qui peut être motorisé est suspendu à un rail qui est monté en hauteur dans l'installation industrielle. Le rail peut avoir une longueur importante, atteignant plusieurs centaines de mètres, et il est dimensionné pour supporter des charges élevées embarquées dans le chariot.

Le chariot est suspendu au rail par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs patins à galets qui roulent sur un chemin de roulement qui est généralement formé par une face horizontale du rail. Ce rail est le plus souvent formé par un profilé métallique présentant une section formant d'une part un chemin de roulement pour les galets, et assurant d'autre part le maintien latéral du patin pour que ce patin ne déraille pas. Un tel rail peut par exemple être formé par deux profilés en U disposés parallèlement l'un à l'autre, à distance constante, face à face, le patin comprenant alors quatre galets, deux galets roulant sur la face inférieure de l'un des profilés, les deux autres galets roulant sur la face inférieure de l'autre profilé.

Compte tenu des contraintes mécanique élevées appliquées par les galets au rail, dues aux charges importantes transportées dans le chariot, l'usure du ou des chemins de roulement réalisés dans le rail est relativement importante. Cette usure qui est due au frottement de roulement des galets sur le chemin de roulement produit d'abord des ornières dans le chemin de roulement. En phase terminale, elle conduit au perçage du chemin de roulement, ce qui peut provoquer un décrochage brutal du chariot lors de son passage dans cette zone d'usure. Par conséquent, dans une telle installation, il est indispensable de mettre en uvre une procédure de maintenance préventive pour détecter par anticipation les zones d'usure et changer de façon anticipée le ou les tronçons de rail correspondants.

Cette maintenance préventive nécessite l'arrêt du chariot pour qu'un opérateur inspecte le chemin de roulement sur toute la longueur du rail. Compte tenu de la hauteur à laquelle est fixé un tel rail, cette inspection est longue et coûteuse.

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un patin de chariot suspendu conçu pour réduire les opérations de maintenance d'un tel rail.

A cet effet, l'invention a pour objet un patin à galets destiné à rouler sur un chemin de roulement d'un rail, un chariot de manutention étant suspendu à ce patin, caractérisé en ce que le patin est équipé d'un capteur d'usure conformé pour détecter la présence d'une zone d'usure dans le chemin de roulement. L'apparition de zones d'usure le long du rail est ainsi détectée par le patin durant l'exploitation du chariot, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un arrêt périodique de l'exploitation du chariot pour qu'un opérateur de maintenance inspecte l'état du rail sur toute sa longueur. Le capteur d'usure est électriquement relié à une unité de traitement qui déclenche par exemple une alarme lors du passage dans une zone d'usure. Cette unité de traitement peut également comprendre un micro-contrôleur et des organes de mémoire pour enregistrer l'existence de zones d'usures ainsi que des paramètres associés à ces zones d'usure.

L'invention couvre différents types de patins existants: dans le cas d'un patin prévu pour être suspendu à un rail à deux chemins de roulement, il pourra avantageusement être équipé de deux capteurs d'usure correspondant chacun à l'un des chemins de roulement.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le patin est équipé d'un capteur de position pour déterminer sa position du patin le long du chemin de roulement. Ce capteur de position peut par exemple être prévu pour changer d'état à chaque passage devant un repère de position réalisé dans le rail. Lors de la détection d'une zone d'usure celle-ci peut ainsi être directement localisée, sans avoir à inspecter toute la longueur du rail.

Avantageusement, le capteur de position est prévu pour avoir une tolérance angulaire de dix degrés pour que le capteur de position change d'état lors de son passage devant un repère de position, y compris en cas de basculement latéral du patin d'une valeur de dix degrés. De cette manière, le risque d'erreur dans le repérage en position est réduit en évitant que les aléas de fonctionnement du chariot ne perturbent ce repérage, notamment le basculement du patin dans des zones courbes du rail du fait de la force centrifuge.

Ce repérage en position peut aussi être réalisé avec une roue codeuse liée en mouvement à l'un des galets du patin. La localisation de la zone d'usure peut ainsi être déterminée avec un degré de précision élevé.

En complément de son capteur de position, le patin peut comprendre un capteur d'initialisation changeant d'état au passage de ce patin devant un repère d'initialisation. Ainsi, en cas d'arrêt intempestif du fonctionnement de l'unité de traitement à laquelle sont reliés les capteurs du patin, l'initialisation du positionnement du patin se fait spontanément lorsque le patin passe devant le repère d'initialisation.

Dans le cas d'un rail comprenant un profilé en U disposé de manière à avoir une face inférieure et une face supérieure horizontales, la face inférieure définissant le chemin de roulement, le capteur d'usure peut avantageusement être orienté vers le haut en étant paramétré pour changer d'état lorsqu'il s'éloigne de la face supérieure d'une distance supérieure à une valeur prédéterminée. Dans cette configuration, le capteur peut détecter des zones d'usure de forte profondeur, ce qui ne serait pas le cas avec un capteur orienté vers le chemin de roulement pour baser la détection de zones d'usure sur l'état de surface du chemin de roulement. Cet agencement s'applique notamment au cas d'un patin conçu pour rouler dans un rail formé par deux profilés en U définissant deux chemins de roulement, le patin étant alors équipé de deux capteurs d'usures orientés vers le haut.

Dans un autre mode de réalisation, le patin comprend un capteur d'usure orienté vers le haut et un capteur d'usure orienté vers le bas, pour évaluer la distance séparant la face supérieure de la face inférieure du rail, et pour changer d'état si cette distance est supérieure à une valeur prédéterminée. Il est ainsi possible d'améliorer significativement la précision dans la détection des zones d'usure.

L'unité de traitement à laquelle est relié chaque capteur peut avantageusement comprendre un composant de type PIC. Un tel composant électronique comprend à la fois un microcontrôleur et de la mémoire Flash qui lui permet de conserver les données y compris si l'alimentation est coupée, de sorte que les données enregistrées dans cette unité centrale ne sont pas perdues en cas d'arrêt intempestif de cette unité de traitement. Cette unité de traitement peut aussi être réalisée avec un ordinateur de poche de type Palm, qui, pour un faible coût à l'achat, comprend une alimentation autonome, des connecteurs standardisés pouvant être reliés aux capteurs, ainsi qu'une interface graphique et des moyens de programmation.

L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif.

La figure 1 est une vue en perspective du patin selon l'invention; La figure 2 est une vue de profil du patin selon l'invention; La figure 3 est une première vue en coupe schématique du patin selon l'invention; La figure 4 est une seconde vue en coupe schématique du patin selon l'invention; La figure 5 est une troisième vue en coupe schématique du patin selon l'invention; La figure 6 est une vue en coupe détaillée du patin 10 selon l'invention.

Le patin 1 selon l'invention qui est représenté seul sur les figures 1 et 2 comprend un châssis 2 qui est ici réalisé en fonte issue de moulage, incluant une partie supérieure à laquelle sont fixés quatre galets 3, 4, 5 et 6, et une partie inférieure munie d'un perçage 2' pour l'accrochage d'un chariot non représenté. Les quatre galets 3, 4, 5 et 6 sont situés de part et d'autre du châssis 2 en étant fixés à ce châssis par des axes horizontaux espacés l'un de l'autre le long du châssis, ces axes étant perpendiculaires au châssis. Les quatre galets sont ainsi situés dans deux plans verticaux parallèles au plan du châssis. Ce patin est prévu pour être engagé dans un rail constitué par deux profilés en U parallèles l'un à l'autre, et se faisant face, les galets 3 et 4 qui sont situés sur l'un des côtés du châssis 2 roulant sur la face inférieure de l'un des profilés en U, les deux autres galets 5 et 6 roulant sur la face inférieure de l'autre profilé en U. Chaque face inférieure définit ainsi un chemin de roulement des galets. La partie inférieure du châssis 2 traverse le bas du rail entre les faces inférieures des deux profilés pour que le perçage 2' auquel est suspendu le chariot soit situé sous les deux profilés.

Ce patin comprend encore deux galets supplémentaires 7 et 8 qui sont situés à mi-hauteur du châssis 2 et s'étendent selon un plan horizontal en étant situés l'un derrière l'autre le long du châssis. Ces deux galets supplémentaires 7 et 8 sont disposés en regard du bord de la face inférieure de chaque profilé en U constituant le rail de guidage. Ils sont destinés à maintenir le patin latéralement en position lorsqu'il parcourt le rail, et notamment lorsque ce rail décrit une courbure ils s'opposent aux effets de la force centrifuge pour éviter que le patin ne déraille.

Selon l'invention, ce patin 1 est équipé d'un ou plusieurs capteurs d'usure destinés à évaluer l'état du chemin de roulement, de manière à détecter la présence d'éventuelles zones d'usures dans le chemin de roulement. Ces capteurs d'usure, qui sont repérés par 9 et 10, sont orientés chacun selon un axe vertical pour changer d'état lors de la présence d'une ornière d'usure dans le chemin de roulement. La manière dont sont conformés ces capteurs 9 et 10, ainsi que leur nature seront détaillés plus bas. Ces capteurs sont reliés à une unité de traitement et d'alimentation non représentée, par un ou plusieurs câbles repérés par C, de telle sorte qu'une alarme peut par exemple être déclenchée en temps réel dans cette unité de traitement lors de la détection d'une zone d'usure. Cette unité de traitement peut aussi être prévue pour mémoriser l'existence de zones d'usure ainsi que des paramètres associés à ces zones d'usure en vue d'une consultation ultérieure des données enregistrées. Il n'est ainsi plus nécessaire d'interrompre l'exploitation de l'installation pour faire procéder à la détection de zones d'usure par un opérateur, ce qui représente un gain de temps considérable. Ces capteurs et l'unité de traitement peuvent par exemple être activés en permanence lors de l'exploitation du chariot, de manière à évaluer continûment l'état du rail auquel est suspendu le chariot.

Le patin qui est représenté dans les figures est destiné à être engagé dans un rail comprenant deux chemins de roulement, de sorte qu'il comprend deux capteurs d'usure 9 et 10, un capteur pour chaque chemin de roulement. Mais l'invention s'applique également au cas d'un patin fonctionnant avec un rail ne comprenant qu'un seul chemin de roulement, auquel cas, un seul capteur d'usure est nécessaire. L'invention trouve aussi une application au cas d'un patin roulant au sol sur un chemin de roulement d'un rail, et supportant un chariot de manutention dans lequel est placée une charge. Le patin selon l'invention peut ainsi être adaptée à différents types de rails et patins, sans être limité à l'exemple donné dans les figures qui correspond à un cas particulier.

Un rail formé par deux profilés en U se faisant face, repérés par 11 et 12 apparaît en coupe sur la figure 3 avec un chariot 2. Dans cet exemple de réalisation, chaque capteur d'usure est orienté verticalement vers le haut pour évaluer la distance D séparant ce capteur de la surface supérieure du profilé en U. Cette surface supérieure est la surface opposée au chemin de roulement du profilé en U. Lorsque le patin 1 passe dans une zone d'usure, comme dans l'exemple de la figure 4, le galet s'enfonce dans cette zone d'usure, de telle sorte que la valeur de la distance D augmente. Lorsque la valeur de D est supérieure à une valeur prédéterminé, c'est-à-dire lorsque le capteur d'usure s'éloigne de la face supérieure d'une distance D trop importante, le capteur d'usure change d'état pour émettre en direction de l'unité de traitement un signal de présence de zone d'usure. Les capteurs d'usure 9 et 10 peuvent par exemple être des capteurs inductifs agencés pour changer d'état lorsque la distance D est supérieure à une valeur déterminée. De tels capteurs inductifs ont un faible encombrement et présentent un faible coût, ce qui les rend très adaptés à la fabrication du patin selon l'invention. La détection de zones d'usure peut également être réalisée avec des capteurs orientés vers le chemin de roulement et adaptés à l'évaluation de l'état de surface de ce chemin de roulement pour détecter une zone d'usure par détection d'irrégularités de forme de la bande de roulement.

Pour améliorer la précision de détection de zones d'usure, le patin peut être équipé, pour chaque bande de roulement de deux capteurs disposés verticalement. L'un de ces capteurs d'usure étant alors orienté vers le haut, et l'autre vers le bas, de manière à évaluer la distance séparant la surface supérieure de la surface inférieure du profilé en U. Dans ce cadre, on peut utiliser des capteurs ayant une précision supérieure aux capteurs inductifs, comme par exemple des capteurs à rayon laser, à infrarouge, ou autre.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le patin 1 est équipé d'un capteur de position 13 visible figure 6. Ce capteur de position est orienté horizontalement pour changer d'état lorsqu'il passe devant un repère correspondant 14 réalisé le long de la surface verticale du profilé repéré 12. Dans l'exemple de la figure 2, le repère 14 est une vis horizontale fixée à la paroi verticale de l'un des profilés en U. Le capteur de position 13 est par exemple un capteur inductif dont la sensibilité et la position sur le patin 1 sont ajustées pour qu'il change d'état lorsqu'il passe à proximité de l'extrémité de cette vis. Les repèresl4 sont par exemple réalisés le long du rail à intervalles réguliers, de telle sorte que chaque passage du patin devant un repère correspond à l'entrée dans une nouvelle partie du rail. Tout comme les capteurs d'usure, le capteur de position est relié à l'unité de traitement, qui tient à jour en mémoire la position du patin le long du rail. Lorsqu'une zone d'usure est détectée, la position de cette zone le long du rail est ainsi identifiée dans l'unité de traitement, ce qui facilite l'opération de maintenance subséquente consistant à changer le tronçon de rail défectueux.

Dans l'exemple de la figure 6, les repères sont constitués par des vis, mais ils peuvent aussi bien être constitués par des perçages réalisés dans la surface verticale du profilé en U. Dans ce cas, le capteur de position inductif 13 détecte la paroi verticale du profilé en U, mais il change d'état lorsqu'il passe devant un trou, du fait de l'absence de matière. Ainsi, la réalisation des repères le long du rail est encore simplifiée.

Selon le cas, les repères peuvent être espacés par des intervalles plus ou moins importants le long du rail, en fonction de la précision souhaitée dans la localisation des zones d'usure. Avec des intervalles relativement importants, l'identification de la position géographique du patin correspond à l'identification d'un segment situé entre deux repères le long du rail. Les repères peuvent par exemple être disposés aux jonctions entre deux tronçons de profilés le long du rail, de telle sorte qu'en cas d'identification d'une zone d'usure, la localisation de celle- ci correspond simplement à l'identification du tronçon de rail à faire changer.

Avantageusement, le capteur de position 13 et les repères 14 sont prévus pour avoir une tolérance angulaire importante, ce qui signifie que le capteur de position 13 change d'état au passage devant un repère de position 14 même en cas de basculement latéral du patin d'un certain angle.

Dans l'exemple de la figure 3, le patin 1 est centré et vertical par rapport au rail, de sorte que l'axe horizontal AX selon lequel est placé le capteur de position 13 est confondu avec l'axe AX' correspondant à la hauteur à laquelle sont placés les repères 14. Dans l'exemple de la figure 4, le patin se situe au niveau d'une zone d'usure formant une ornière seulement sur l'un des chemins de roulement du rail, de sorte qu'il est incliné d'un angle A qui correspond à l'angle entre l'axe AX et AX'. De manière analogue, dans l'exemple de la figure 5 qui correspond à une courbure du rail, la force centrifuge tend à écarter le chariot ce qui fait basculer le patin, de sorte que les axes AX et AX' sont séparés par un angle A. En pratique, il importe d'assurer une détection des repères de position 14 lorsque le patin 1 se situe au niveau d'une zone d'usure située dans une courbure du rail, de sorte que le capteur doit être agencé pour détecter la présence d'un repère même si les axes AX et AX' sont séparés par un angle A pouvant atteindre dix degrés. Cette tolérance est atteinte en réglant de façon appropriée la position du capteur de position par rapport au patin et en ajustant les paramètres de fonctionnement du capteur de position.

Le repérage de la position du capteur le long du rail peut aussi être réalisé avec une roue codeuse équipant le capteur et liée en mouvement à l'un des galets, ou bien roulant le long du chemin de roulement. En utilisant une roue à codage absolu, la position du patin le long du rail peut être déterminée avec précision. Ce mode de réalisation peut s'avérer utile pour réaliser des réparations du rail consistant à recharger les zones d'usure par soudage, sans changer le tronçon correspondant du rail.

Avantageusement, le patin 1 est également équipé d'un capteur d'initialisation non représenté destiné à déclencher par exemple une initialisation de la position du patin 1 dans l'unité de traitement, lorsqu'il passe devant un repère d'initialisation. Ce capteur d'initialisation est par exemple similaire au capteur de position, mais est placé de l'autre côté du patin 1. Un unique repère d'initialisation 15 est prévu le long du rail, pour que le capteur d'initialisation change d'état lorsqu'il passe devant ce repère 15. Ce capteur d'initialisation est également relié à l'unité de traitement qui déclenche par exemple une mise à zéro de la position du patin lorsque celui-ci passe devant le repère d' initialisation.

L'unité de traitement à laquelle sont reliés les différents capteurs du patin selon l'invention peut être formée par un circuit imprimé. Ce circuit comprend des composants pour déterminer l'état des différents capteurs et pour maintenir dans un registre de mémoire la position du patin le long du rail.

Avantageusement, cette unité de traitement est réalisée sur la base d'un circuit de type PIC. Ce type de circuit dédié comprend un microcontrôleur et une mémoire Flash. Le microcontrôleur qui est capable de mémoriser un programme est ainsi apte à effectuer des opérations de traitement des données issues des capteurs et d'enregistrer dans la mémoire Flash les résultats de ces opérations. L'intérêt de la mémoire Flash réside dans le fait que les données qui y sont enregistrées sont conservées même si cette mémoire n'est pas alimentée électriquement.

Cette unité de traitement qui est reliée aux capteurs pour en connaître les changements d'état comprend également des moyens d'alimentation électrique pour alimenter les différents capteurs du patin 1. Avantageusement cette alimentation est réalisée à partir d'une batterie autonome, de manière à ne pas dépendre des aléas d'alimentation électrique du chariot afin d'en améliorer la sûreté de fonctionnement.

En cas d'arrêt du chariot, l'alimentation électrique de ce chariot est d'abord coupée, mais son immobilisation le long du rail n'est pas immédiate. L'utilisation d'une alimentation séparée autonome pour l'unité de traitement et d'alimentation des capteurs permet d'assurer que la détection de position du chariot est assurée quelle que soit la situation, de manière à augmenter la sécurité de la détection des zones d'usures, et en particulier de leur localisation le long du rail.

Dans un mode de réalisation préféré, l'unité de traitement est réduite à un ordinateur de poche de type Palm-pilot. Ce type d'ordinateur de poche dont le coût d'achat est faible comprend des connecteurs standardisés permettant sa connexion aux différents capteurs pour les alimenter et pour connaître leurs états. Il peut être connecté directement à ces capteurs, ou bien par l'intermédiaire d'un ou plusieurs boîtiers électronique intermédiaires. Ce type d'ordinateur comprend notamment des moyens de programmation permettant d'enregistrer un programme de traitement de données conçu pour archiver les évènements détectés par les capteurs de manière à ce qu'ils puissent être consultés ultérieurement par un opérateur, via une interface graphique.

L'unité de traitement, qu'elle soit réalisée avec un circuit PIC ou avec un ordinateur de poche comprend un programme de traitement des données issues des capteurs et éventuellement d'enregistrement de ces données en mémoire. Ce traitement des données consiste notamment à maintenir en mémoire la position du patin le long du rail. La position du patin peut par exemple être enregistrée sous la forme d'un compteur de position qui est incrémenté à chaque passage devant un repère de position. Le programme de traitement est avantageusement prévu pour mettre à zéro ce compteur à chaque passage du patin devant le repère d'initialisation.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Patin à galets destiné à rouler sur un chemin de roulement d'un rail (11, 12), un chariot de manutention étant suspendu à ce patin (1), caractérisé en ce que le patin (1) est équipé d'un capteur d'usure (9, 10) conformé pour détecter la présence d'une zone d'usure dans le chemin de roulement.

2. Patin selon la revendication 1, prévu pour être suspendu à un rail (11, 12) comprenant deux chemins de roulement, et dans lequel ce patin est équipé de deux capteurs d'usure (9, 10), chaque capteur d'usure correspondant à un chemin de roulement.

3. Patin selon la revendication 1 ou 2, équipé 15 d'un capteur de position (13) pour déterminer la position du patin (1) le long du chemin de roulement.

4. Patin selon la revendication 3, dans lequel le capteur de position (13) change d'état à chaque passage devant un repère de position (14) réalisé dans le rail (11, 12).

5. Patin selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le capteur de position (13) est prévu pour avoir une tolérance angulaire de dix degrés pour que le capteur de position (13) change d'état lors de son passage devant un repère de position (14), y compris en cas de basculement latéral du patin (1) d'une valeur de dix degrés.

6. Patin selon l'une des revendications 3 à 5,

dans lequel le capteur de position (13) est formé par une 30 roue codeuse liée en mouvement à l'un des galets (3, 4, 5, 6) du patin.

7. Patin selon l'une des revendications 1 à 6,

comprenant un capteur d'initialisation changeant d'état au passage du patin (1) devant un repère d'initialisation.

8. Patin selon l'une des revendications 2 à 7, conçu pour rouler dans un rail formé par au moins un profilé en U (11, 12) disposé de manière à avoir une face inférieure et une face supérieure horizontales, la face inférieure définissant le chemin de roulement, et dans lequel chaque capteur d'usure (9, 10) est orienté vers le haut en étant paramétré pour changer d'état lorsqu'il s'éloigne de cette face supérieure d'une distance supérieure à une valeur prédéterminée.

9. Patin selon la revendication 8 comprenant deux capteurs d'usure (9, 10) et conçu pour rouler dans un rail formé par deux profilés en U (11, 12) définissant deux chemins de roulement.

10. Patin selon la revendication 9, comprenant un capteur d'usure (9, 10) orienté vers le haut et un capteur d'usure orienté vers le bas, pour évaluer la distance séparant la face supérieure de la face inférieure et pour changer d'état si cette distance est supérieure à une valeur prédéterminée.

11. Patin selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel au moins un capteur (9, 10, 13) est un 20 capteur inductif.

12. Patin selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel chaque capteur (9, 10, 13) est relié à une unité de traitement comprenant un composant de type PIC.

13. Patin selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel chaque capteur (9, 10, 13) est relié à une unité de traitement incluant un ordinateur de poche tel qu'un ordinatateur de type Palm.

14. Patin selon l'une des revendications 1 à 13, 30 dans lequel au moins l'un des capteurs est alimenté de façon autonome par batterie.

15. Patin à galets destiné à rouler au sol sur un chemin de roulement d'un rail (11, 12), ce patin (1) supportant un chariot de manutention, caractérisé en ce que le patin (1) est équipé d'un capteur d'usure (9, 10) conformé pour détecter la présence d'une zone d'usure dans le chemin de roulement.