Brevet FR2005890A1 — publié le 19691219

L'invention est relative à un procédé et à un dispositif de détermination de l'état d'une piste de roulement à rails au 5 On connaît des véhicules, appelés voitures de mesure de superstructures de voie* qui sont capables de contrôler la position d'une voie ferrée, en particulier son niveau, son alignement latéral, sa largeur de voie, son inclinaison latérale, son gauchissement, mais aussi l'état des rails et des fixations de 10 rails de la voie ferrée, ceci en déterminant, mesurant et enregistrant, au moyen d'organes palpeurs, l'orientation et la qualité des files de rails relativement à un châssis de véhicule, s'étendant longitudinalement, servant de base de référence. De telles voitures de mesure présentent cependant l'incon-15 vénient que, du fait du jeu que le châssis de véhicule, servant de base de référence et reposant sur deux ou plus de deux axes ou sur des châssis pivotants (bogies pivotants), présente lui-même obligatoirement par rapport à la voie, on ne peut obtenir des résultats de mesure absolument précis. D'autre part, avec 20 les procédés antérieurement connus, on ne peut mettre en évidence et mesurer les "caractéristiques" de l'état de la superstructure de la voie. L'invention a pour but de concevoir et de mettre au point un procédé qui permette de déterminer la totalité des caracté-25 ristiques de la superstructure de la voie essentielles à l'appréciation de la qualité de cette voie et permette d'effectuer cette détermination, tout en circulant sur les rails de la voie, sans être obligé à des arrêts locaux. Selon la caractéristique la plus essentielle de l'invention, 30 la piste de roulement est soumise, au cours d'une progression continue, à plusieurs contraintes mécaniques et les grandeurs des effets résultant de ces contraintes, par exemple les variations de formes provoquées par ces contraintes, sont mesurées et utilisées à l'appréciation, à partir de ces grandeurs, de 1' 35 état de la piste de roulement. On comprend facilement que l'état d'une piste de roulement ou d'un élément constitutif de piste de roulement soumis à une charge d'épreuve peut se reconnaître à l'aide des effets de cette charge . Par exemple on peut, à l'aide d 'une telle charge d' 40 épreuve et par la mesure des variations de formes en résultant, 69 10960 2 2005890 déterminer la rigidité des rails ou aussi la souplesse du lit de ballast, ce que l'on appelle caractéristiques du lit de ballast, ainsi que d'autres caractéristiques de la voie ferrée ; mais jusqu'à présent de tels procédés ont été mis en oeuvre tout au 5 plus sur des portions étroitement limitées de la voie et seulement dans des instituts d'essais sur des éléments séparés, préalablement démontés, de la piste de roulement à rails® D'autre part, on sait aussi, à partir de l'état de divers éléments de pistes de roulement, obtenir des renseignements en 10 mettant ces éléments en vibration et en mesurant l'amplitude et /ou la fréquence de ces vibrations. Mais ces procédés non plus n'ont pas été mis en oeuvre au cours d'une progression continue le long de la voie, pour fournir des résultats immédiats et n' ont pas été non plus comparés à d'autres mesures de même nature. 15 Le procédé conforme à l'invention peut être mis en pratique sous toutes sortes de variantes. Les contraintes exercées peuvent par exemple être variables et à cet effet être choisies en chaque emplacement de la voie suffisamment fortes pour obtenir un effet, par exemple une variation de forme, d'une grandeur pré-20 déterminée, la valeur variable des contraintes exercées matérialisant ainsi une caractéristique de la qualité local® de la piste de roulement. Mais on peut, d'autre part, procéder aussi de manière à choisir pour les contraintes exercées une grandeur constante, de sorte qu'il en résulte un effet,par exemple une variation de 25 forme,de grandeur variable localement, la grandeur de cet effet matérialisant une caractéristique de la qualité locale de la voie. Une application particulièrement avantageas® dte procédé s' obtient en soumettant la piste de roulement, t&Vit ea circulait 30 d'une manière continue sur cette piste de roiileaent. en aa soins deux emplacements situés à une certaine distance suivant sa di~ rection longitudinales à des contraintes de grandeurs différentes , en mesurant les effets résultant de ces csatralates par exemple des variations de formes et en les cosrparaat en vue de 35 déterminer leurs différences» Cette application peraet en effet de déterminer, dans une gamme particulièrement large, les caractéristiques de la piste de roulement au cours de la progression continue le long de la voie d'un dispositif mobile ? ce genre de détermination est facile à automatiser et ses effets peuvent 69 10960 3 2005890 être captés et enregistrés relativement simplement. Dans la mise en oeuvre d'un tel procédé, diverses possibilités s'offrent encore . Les contraintes de grandeurs différentes appliquées à la piste de roulement peuvent être exercées par exem-5 pie en amenant successivement des forces de grandeurs différentes à s'exercer en un même emplacement de la piste de roulement, par exemple en faisant passer successivement en un même emplacement de la piste de roulement les deux essieux d'un dispositif roulant à charges d'essieux fortement différentes et en mesurant 10 alors au voisinage de chacun des.deux essieux les différentes variations de formes correspondantes, puis en comparant les valeurs de mesure. Dans un tel cas, il se révèle alors judicieux d'exercer simultanément les contraintes à l'aide de forces différentes en des 15 emplacements différents de la piste de roulement. Tandis que dans ces conditions, en l'un des emplacements de mesure, il se produit encore une variation de forme provoquée par la contrainte la plus faible, on peut simultanément, en un emplacement de mesure situé à une certaine distance suivant la direc-20 tion longitudinale de la voie, mesurer une variation de forme provoquée par la contrainte la plus forte. Les contraintes appliquées à la piste de roulement peuvent être exercées par des forces verticales., par exemple sous forme de contraintes de pression, tout au moins indirectement sur un 25 ou les deux rails, mais elles peuvent être exercées aussi par des forces horizontales par exemple sous forme de forces latérales sur des parties de la piste de roulement de préférence sur les rails. La nature et la direction des forces à exercer doivent na-30 turellement être choisies dans chaque cas suivant les caractéristiques de voie que l'on cherche à déterminer. Pour apprécier la qualité des rails et du lit de ballast. , il faudra par exemple appliquer des contraintes verticales de pression. Pour la qualité de la fixation des rails et de l'état des traverses ou aussi 35 pour la qualité du tassement en avant des têtes de traverses, on pourra au contraire juger des variations de forme provoquées par une contrainte horizontale de la voie. Si on exerce par exemple une pression, selon une autre caractéristique -de 1'invention,sur les deux rails au moins approximativement au même emplacement de 40 la voie, en direction des côtés opposés, on peut, de la varia 69 10960 2005890 tion de forme qui en résulte, tirer des conclusions relativement à la qualité de la traverse et de la fixation de rail . Pour les contraintes appliquées à la voie ou au lit de ballast, comme on peut les utiliser dans le cadre de 1'invention,il 5 ne doit évidemment pas s'agir systématiquement de forces de pression ou de forces latérales. Au lieu de contraintes, on peut aussi par exemple provoquer par des percussions des vibrations sur l'un ou les deux rails, les effets consécutifs à la réaction en résultant étant ensuite mesurés, par exemple par voie électro-10 acoustique. Ces effets permettent en particulier d'apprécier la qualité des rails et des fixations de rails, mais ils permettent aussi de tirer des conclusions sur l'assise des traverses et la qualité du lit de ballast. 15 Plus les contraintes exercées au même emplacement de la voie sont de natures et de grandeurs différentes, meilleure et plus sûre, comme on le comprend facilement, est l'idée qu'on peut se faire des caractéristiques de la voie à partir des effets de ces contraintes. Par exemple, les valeurs de mesures fournies ainsi 20 par de nombreuses contraintes différentes peuvent être exploitées à l'aide d'un système à certes perforées ou, ce qui est encore mieux, peuvent être exploitées immédiatement à l'aide d'un ordinateur. Pour toute combinaison de telles valeurs de mesures, qui se présente, l'expérience permet d'établir un diagnostic dé-25 terminé de l'état de la superstructure de la voiè et de ses éléments, la sûreté de ce diagnostic dépendant pour une large part du nombre de valeurs de mesures dont on dispose. Cet ensemble de valeurs matérielles fournit l'avantage essentiel de la solution proposée par l'invention, à savoir que la voie est soumise suc-30 cessivement, en un même emplacement, à des contraintes différentes, en particulier à des contraintes de valeurs différentes. En relation avec les procédés conformes à l'invention exposés ci-dessus, l'invention embrasse aussi des dispositifs destinés à l'application de ces procédés. Il est essentiel dans ce 35 cas que ces dispositifs soient réalisés sous forme de véhicules équipés d'organes servant à exercer des contraintes sur la piste de roulement, par exemple une voie ferrée et d'au moins un dispositif de mesure pour la mesure des effets résultant de ces contraintes. D'autres caractéristiques de tels véhicules sont 40 exposées ci-dessous à l'aide des dessins annexés, nullement li 69 10960 s 2005890 mitatifs utilisés uniquement pour une meilleure compréhension de l'invention. Les fig. 1 à 10 de ces dessins représentent schématique-ment divers modes de réalisation de tels véhicules, partie en 5 vues en plan, partie en vues latérales. La figure 1 représente schématiquement en plan un véhicule à trois essieux 1, 2 et 1', dont l'essieu médian 2. peut être déplacé latéralement par rapport aux deux autres essieux 1,1*, au moyen d'un mécanisme d'entraînement 2', afin d'exercer loca-10 lement sur l'un ou l'autre rail de la voie ferrée G une force dirigée horizontalement. La variation de forme, provoquée par une telle force, du rail ou de la voie G, peut alors être mesurée au moyen de n'importe quels dispositifs de mesure, non représentés sur la figure, et être utilisée pour déterminer des carac-15 téristiques fournissant des renseignements sur l'état en cet emplacement du lit de ballast, des traverses, des fixations de rails, etc. Un véhicule de ce genre est déjà connu sous le nom de "voiture de déraillement" , il sert à déterminer le rapport des for-20 ces à l'instant du déraillement d'un véhicule. Mais, dans le cadre de 1'invention, ce véhicule a pour but de provoquer des variations de forme de la voie et de les mesurer ceci pour déterminer l'état de la voie. On connaît aussi des voitures de mesure de superstructure 25 de voie qui sont constituées de la manière représentée par les fig. 2 à 4. Dans le cadre de l'invention, il ne s'agit cependant pas du principe de construction des châssis de ces voitures de mesure, mais de la mesure des variations de forme de la voie provoquées par les pressions des essieux , en particulier sous l'ac-30 tion de pressions d'essieux différentes. Il s'agit de déduire en particulier les caractéristiques de la voie à l'aide des différences de variations de forme qui se produisent lorsque les pressions des essieux exercent s tir la voie des charges différentes. 35 Les fig. 2 et 3 montrent donc comment on peut obtenirs à volonté, des pressions d'essieux de grandeurs différentes en disposant par exemple des charges de valeurs différentes 3f et 4' sur les bogies pivotants 3 et 4 d'une voiture de mesure comaie celle représentée par la fig. 2, ou en équipant, comme le montre 40 la figure 3, les bogies pivotants à charges égales Cou inégales) 69 10960 2005890 5 et 6, d'un nombre différent d'essieux, de manière que la charge se répartisse sur différents points d'appui et qu'il en résulte des différences de pression d'essieux. On peut évidemlent procéder de la même manière dans le cas 5 d'un châssis à huit essieux, comme le montre la fig. 4<> Mais les grandeurs des contraintes locales exercées sur la voie par les pressions des essieux sont mieux réglables et mesurables avec un véhicule constitué selon l'une des variantes représentées par les figures 5 à 8, et se composant d'un véhicule 10 principal A, à partir duquel sur au moins un véhicrJe d'accompagnement B, un châssis ou un véhicule satellite analogue entraîné par le véhicule principal peuvent être exercées des forces déterminées en vue de soumettre la piste de roulement à la contrainte désirée. 15 Sur la fig. 5, on n'a prévu qu'un seul tel véhicule d'ac compagnement B (véhicule satellite), entraîné par le véhicule principal et muni de deux essieux 7, qui se trouve entre les essieux 8 du véhicule de mesure A proprement dit, à partir duquel un dispositif d'entraînement hydraulique 9 permet d'exer-20 cer contre la voie G, avec une force verticale, des pressions d'essieux de grandeurs réglables. D'une manière fondamentalement identique, le véhicule d'accompagnement B peut évideissnient être utilisé aussi pour exercer des pressions dirigées latéralement » 25 On peut aussi, comme le montre la fig. 6, disposer de tels véhicules d*accompagnement en nombre double ou multiple,de telle manière, comme le montre la fig. 6, par exemple, que les deux essieux 7' de chacun d'eux se trouvent respectivement de part et d'autre d'un essieu 8* du véhicule principal A. La fig.7 30 au contraire représente une variante dans laquaile las essieux 7" du véhicule d'accompagnement sont placés aux extrémités du châssis du véhicule principal A, c'est-à-dire à 1'extrémité des essieux 8" de ce dernier véhicule0 Pour faire varier dans une plus large iaes».*îre encore la 35 grandeur des pressions d*essieux, il peut être avantageux, soit de donner des grandeurs différentes aux pressions d'essieiw du véhicule principal A, par exemple par une construction dissymétrique de celui-ci comme le représente la fig* 8, an par des charges différentes , soit d'utiliser des véhicules d'accompa-40 gnement à pressions d'essieux relativement faibles. 69 10960 7 2005890 Les fig. 9 et 10 enfin montrent, en élévation et en plan, la manière dont on peut en outre utiliser deux ou plus de deux véhicules d'accompagnement entraînés par le véhicule principal, non seulement pour transmettre des contraintes en direction hori-5 zontale ou/et verticale sur la voie, mais encore pour, dans cette opération, capter les variations des positions des véhicules d' accompagnement l'un par rapport à l'autre et par rapport au véhicule principal et pour effectuer la comparaison de ces positions afin d'en tirer une mesure des variations de forme imprimées à la 10 voie par ces contraintes. Par exemple, on peut à cet effet mesurer les angles a et 3, dans les plans respectivement vertical et horizontal, qui sont formés par deux lignes s'étendant selon la direction longitudinale de la voie dont l'orientation de la première est déterminée par la position de l'un des véhicules et 15 celle de la seconde par la position du second véhicule d'accompagnement Bg • La fig. 10 montre de plus la manière dont les deux axes 7" des véhicules d'accompagnement peuvent être soumis à des forces latérales K et matérialiser ainsi une base de référence pouvant 20 être utilisée pour déterminer des valeurs de mesure et des caractéristiques de la voie. Lorsque le véhicule passe dans une courbe de la voie, l'essieu antérieur 7' de chacun des deux véhicules d'accompagnement B^ et B^ s'applique tout d'abord sur le rail extérieur correspondant de la courbe et seul le second essieu 7" 25 prend une position indéterminée . Il suffit donc d'appliquer à l'aide de forces K chacun de ces essieux postérieurs 7n contre le rail extérieur de la courbe. On peut naturellement matérialiser aussi une base de référence (éventuellement à titre complémentaire et, d'une manière 30 avantageuse, d'une longueur assez grande) d'une manière indépendante, à l'aide de chariots de mesure (châssis de mesure) séparés et d'une droite de référence ; pour constituer un système de référence composé d'une ou plusieurs droites de référence, on peut utiliser des faisceaux d'ondes de toutes natures (lumineu-35 ses, à haute fréquence, infra-rouge ou laser) ou aussi des droites de référence matérialisées par des fils métalliques. Les divers véhicules d'accompagnement comportent, com me le montre la figure 10, un châssis qui se compose d'éléments assemblés de manière à tourner librement ou articulés l'un à 1' 40 autre, donc qui ne présente aucune rigidité au gauchissement et 69 10960 8 2005890 permet ainsi de suivre sans qu'aucune des roues de ces véhicules ne décolle de la voie, l'allure de cette voie G, même si les deux files de rails, par exemple dans les rampes de surélévation que l'on rencontre dans les courbes, présente un certain dévers 5 relatif. De tels véhicules d'accompagnement conviennent alors particulièrement bien également pour la mesure du gauchissement d'une voie, mesure pour laquelle on peut se servir de la position des essieux l'un par rapport à l'autre et par rapport à un véhicule d'accompagnement avoisinant. La figure 10 montre que 10 les véhicules d'accompagnement et sont poussés par les forces latérales K contre le rail conducteur, c'est-à-dire contre le rail à contrôler de la voie G, et matérialisent, dans leur ensemble ou seulement par certaines parties , des bases de référence dont la position relative peut être utilisée pour la 15 détermination de caractéristiques, comme on l'a indiqué avec l'angle p. Ainsi qu'on l'a déjà signalé, on peut aussi utiliser des vibrations de la piste de roulement afin de déterminer des caractéristiques de la voie à partir de la réaction de la piste 20 de roulement à de telles contraintes de vibration. A cet effet, on peut équiper des voitures de mesure de superstructure de voie, réalisées comme on l'a exposé ci-dessus, de générateurs de percussions et/ou de vibrations ainsi que de dispositif de mesure de vibrations. Comme générateur de percussions, on peut utili-25 ser une roue ou une paire de roues présentant des emplacements aplatis qui, en roulant sur la voie, impriment au rail des percussions consécutives régulières. Les dispositifs de mesure de vibratiors peuvent être constitués d'une manière connue en soi, par exemple sous forme d'appareils électroacoustiques de mesure 30 de vibrations. L'application des préceptes conformes à l'invention n'est absolument pas limitée au traitement de pistes de roulement à rails. Ces préceptes peuvent être appliqués avantageusement aussi, le cas échéant, au contrôle d'autres pistes de roulement,par 35 exemple de. couvertures de chaussées et de pistes de roulement analogues. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réali- 40 sation de ses diverses parties ayant été plus spécialement indiqués jelle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 10960 2005890 REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de l'état d'une piste de roulement à rails au moyen d'un dispositif progressant sur cette piste de roulement suivant sa direction longitudinale, en particulier au 5 moyen d'une voiture de mesure de superstructure de voie, ledit procédé étant caractérisé en ce que la piste de roulement est soumise, au cours d'une progression continue, à des contraintes mécaniques et les grandeurs des effets résultant de ces contraintes, par exemple les variations de formes provoquées par ces con- 10 traintes, sont mesurées et évaluées afin de pouvoir, à partir de ces valeurs de mesure, apprécier l'état de la piste de roulement et de ses éléments. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contraintes exercées sont variables et à cet effet sont choisies 15 en chaque emplacement de la voie suffisamment fortes pour obtenir un effet, par exemple une variation de forme, d'une grandeur prédéterminée, la grandeur variable de ces contraintes matérialisant ainsi une caractéristique de la qualité locale de la piste de roulement. 20 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé an ce quespour les contraintes exercées on choisit une grandeur constante, de sorte qu'il en résulte un effet, par exemple une variation de forme, de grandeur variable localement, la grandeur variable de cet effet matérialisant une caractéristique de la qualité locale de 25 la voie. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la piste de roulement, au cours d'une circulation continue sur cette piste de roulement, est soumise en au moins deux emplacements situés à une certaine distance suivant sa di- 30 rection longitudinale, à des contraintes de grandeurs différentes en ce qu'on mesure les effets résultant de ces contraintes par exemple des forces ou des variations de formes, et qu'on les compare en vue de déterminer leurs différences. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les 35 contraintes à forces de grandeurs différentes sont exercées successivement en un même emplacement de la piste de roulement» 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qBS les contraintes à forces de grandeurs différentes sont exercées simultanément en différents emplacements de la piste de roulement. 40 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caracté 69 10960 2005890 risé en ce que les contraintes sont exercées par des forces verticales» par exemple des forces de pression, tout au moins indirectement sur 1'un ou les deux rails de la voie et on mesure les variations dé formes qui en résultent. 5 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les contraintes, tout au moins indirectement, sont exer-~"cées par des forces horizontales» par exemple dss forces latérales de poussée sur des parties de la piste de roulement, par exemple sur au moins l'un des rails de la voie, et on mesure les 10 variations de forme qui en résultent. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on exerce une pression, approximativement au même emplacement de la voie, sur les deux rails en direction des côtés opposés et on mesure les variations de formes. 15 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'aux emplacements des contraintes on provoque» par exemple à l'aide de percussions sur l'un ou les deux rails, des vibrations et on mesure , par exemple par voie électroacoustique, les effets consécutifs à la réaction en résultante 20 il. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, constitué en particulier par une voiture de mesure de superstructure de voie, lequel dispositif est caractérisé par un véhicule muni d'organes servant à exercer des contraintes sur le rail *et d'au moins un dispositif de isesu-25 re des effèts résultant de ces contraintes. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par un véhicule principal à partir duquel, sur au moins îm véhicule d'accompagnement, un châssis ou un véhicule analogue, er»traîné par le véhicule principal peuvent être exercées des forces, de préfé- 30 rence de grandeurs mesurables et réglables, en irae de soumettre la piste de roulement à la contrainte désirée® 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par sieurs véhicules d'accompagnement entraînés par le véhicule principal, destinés à transmettre en direction ïiorisontale et/ou 35 verticale des contraintes à la voie et par des dispositifs de mesure qui recueillent et comparent les effets résultant de ces contraintes, par exemple en mesurant les variations da position des véhicules d'accompagnement l'un par rapport à l'autre ou par rapport au véhicule principal. 40 14. Dispositif selon la revendication 11 ou l'une des suivantes 69 10960 2005890 caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un générateur de percussions et/ou de vibrations, par exemple une roue présentant une partie aplatie, ainsi que de dispositifs, par exemple électroacoustiques, de mesure de vibrations.