Brevet FR2029722A1 — publié le 19701023

la présente invention est relative à l'entretien des voies ferrées et en particulier au nivellement de la surface du lit sur lequel repose la voie dans le but d'éviter ou d'éliminer les vides, les cisaillements, les gauchissements et les défauts de ni-5 veau longitudinal de la voie. Le lit sur lequel repose la voie ferrée est couramment constitué aujourd'hui par une couche de ballast, et de récents travaux de recherche, effectués par les demandeurs sur le comportement des couches de ballast soumises à des charges répétées corres-10 pondant au passage des trains, ont montré qu'après la mise en place initiale de la couche de ballast : a) la résistance du ballast à la déformation permanente augmente avec le nombre de charges jusqu'à donner éventuellement naissance à un ballast sensiblement stable, 15 b) les mouvements différentiels entre les extrémités des traverses, qui engendrent des vidée, des cisaillements, des gauchissements et des défauts de niveau longitudinal, apparaissent avec les premières charges, c'est-à-dire peu après la mise en place initiale de la couche de ballast, 20 c) la perturbation de la couche de ballast détruit la stabili té du ballast, d) si l'on augmente la hauteur verticale de la couche de ballast, par exemple pour le niveler, en appliquant une force horizontale à la couche de ballast puis en supprimant cette force, la 25 hauteur de la couche diminue rapidement jusqu'à sa valeur d'origine lorsque sont de nouveau appliquées les charges verticales répétées dues aux passages des trains. Ces recherches ont donc fait apparaître qu'il était souhaitable d'éliminer les cisaillements et les gauchissements sans per-30 turber la stabilité du ballast et sans augmenter la hauteur de la couche de ballast par application horizontale d'une force. C'est le premier but de l'invention d'effectuer un nivellement de voie sans utiliser aucun de ces moyens. Suivant un aspect de l'invention, un procédé de nivellement 35 de la surface du lit sur lequel repose une voie ferrée consiste à soulever localement la voie d'une façon progressive le long de cette voie, et à passer une surface-outil au-dessus de ladite surface et au-dessous de la voie ainsi soulevée pour déplacer le matériau de la surface et donc la niveler, la profondeur de tra-4-0 vail de ladite surface-outil n'excédant pas sensiblement, si elle 70 03319 2 2029722 l'excède, le niveau de la surface du lit sur lequel reposait la voie avant d'être soulevée. Suivant un autre aspect de l'invention, une machine pour la mise en oeuvre dujprocédé, est susceptible de se déplacer le long 5 de la voie et comporte un ensemble de levage qui soulève localement la voie, une surface-outil susceptible de travailler sur la surface au-dessous de la voie soulevée, et un ensemble de contrôle de niveau susceptible, par référence à un repère, de commander la profondeur et l'inclinaison transversale auxquelles travaille 10 ladite surface-outil. La surface-outil peut comporter un couteau spiral tournant disposé horizontalement et transversalement à la voie; elle peut comporter alternativement un soc s'étendant transversalement à la voie et susceptible d'être animé d'un mouvement oscillant hori-15 zontal; elle peut également comporter une combinaison de couteau spiral rotatif et de soc oscillant. Suivant encore un autre aspect de l'invention, une surface-outil comporte une paire de couteaux spirals tournants, ou vrilles, disposés horizontalement et transversalement à la voie et 20 susceptibles de se.déplacer ensemble d'un mouvement général le long de la voie, l'un des couteaux spirals tournants, qui est le couteau d'attaque dans le travail de l'outil, étant disposé pour travailler à un niveau plus élevé que l'autre couteau, et les deux couteaux étant susceptibles de tourner dans un sens tel que 25 leurs arêtes inférieures se déplacent âans le même sens que celui de leur mouvement général de long de la voie. Une surface-outil suivant ce dernier aspect de l'invention peut constituer la surface-outil de la machine, ou une machine indépendante. L'invention sera de toutes façons mieux comprise à l'aide du 30 complément de description ci-après d'un dispositif et de ses va-m riantes conformes à l'invention, donnés à titre d'exemple, et avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 montre une vue de côté de la machine, La figure 2 montre une vrille destinée à être utilisée dans 35 la surface-outil de la machine, La figure 3 montre une variante de ladite vrille, et Les figures 4 (a) à 4 (d) illustrent les différents genres de mouvements qui peuvent être donnés à un soc utilisé comme sur-face-outil. 40 Comme on le voit sur la figure 1, la machine est susceptible 70 03319 3 2029722 de se déplacer le long de la vole sur des chenilles 1 disposées de part et d'autre des rails d'une voie 2; pour simplifier la description, on supposera que la machine se déplace le long de la voie de la gauche vers la droite, c'est-à-dire dans la direc-5 tion de la flèche 3 de la figure t. 3ja machine comporte un ensemble de levage 4 qui s'engage sous le champignon de chaque rail pour soulever localement la voie 2 à une hauteur suffisante pour permettre à une surface-outil 5 de passer au-dessous des traverses 6. la hauteur de tra-10 vail de la surface-outil 5 est liée à une ligne de repère 7 par l'intermédiaire d'un ensemble de contrôle de niveau 8 qui commande la position verticale de vérins de levage S et par suite la hauteur de l'inclinaison transversale de l'outil 5 porté par un bâti 10, lui-même supporté par des vérihs de levage 9. 15 La ligne de repère 7 peut être fixe dans l'espace (comme sur la figure 1) ou peut se déplacer avec la machine le long de la voie. Elle peut être matérialisée ( comme sur la figure 1) par tua fil s'étendant le long de la voie, ou donnée par un système optique . 20 Dans la réalisation de la figure 1, la surface-outil 5 compor te une paire de couteaux spirals tournants, ou vrilles, 11 et 12, chacun s'étendant transversalement à la voie et étant conformé coame représenté à la figure 2. Les deux vrilles 11 et 12 sont susceptibles de tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une 25 montre, comme on le voit à la figure 1, et la vrille d'attaque 11 peut travailler à un niveau plus élevé que la vrille arrière 12. En se reportant plus particulièrement à la figure 2, on voit que l'axe 13 de chacune des vrilles 11 et 12 est porté par un corps de palier 14 qui porte également un soc 15 dirigé vers l'a-30 vant. Le couteau spiral des vrilles 11 et 12 est divisé en deux parties 16 et 17 disposées de part et d'autre du corps de palier 14 et de sens contraires. Ainsi, chacune des parties 16 et 17, lorsqu'elles enlèvent le matériau de la -surface 24 de la couche de ballast pour le niveler, évacuent simultanément le surplus de 35 ballast sur le bas-côté adjacent de la voie. Le soc 15 écarte le matériau de ballast qui se trouve en face du corps de palier 14 vers les parties 16 et 17 de la vrille. Coame on l'a dit dans l'introduction de la demande, il est nécessaire d'éliminer les défauts de la voie avec une perturbation minimale de la couche de ballast. Les demandeurs ont démontré que 70 03319 4 2029722 la profondeur jusqu'à laquelle la couche de ballast est perturbée au-dessous de l'arête inférieure de la lame coupante d'une vrille lorsque celle-ci longe la couche de ballast, peut être réduite à un minimum si la profondeur à laquelle la vrille attaque la cou-5 che est également maintenue à un minimum. l'emploi de l'ensemble à deux vrilles permet de réaliser eette perturbation minimale puisque la profondeur de travail de la vrille arrière 12, assurant la finition de la couche de ballast, peut être maintenue à un minimum compatible avec la grosseur de grain du matériau formant 10 la couche de ballast. Ainsi, bien que la profondeur de perturbation de la vrille d'attaque 11 soit plus grande que celle de la vrille arrière 12, la surface dégagée par la vrille d'attaque 11 est à un niveau plus élevé que celle dégagée par la vrille arrière 12, ce qui fait que les profondeurs de perturbation seront du 15 même ordre que le niveau de la surface finie 24. les demandeurs ont également démontré que la profondeur de perturbation pouvait être réduite si le mouvement d'attaque de la vrille coupante, comportait une composante ascendante, et ceci est réalisé par la rotation des vrilles 11 et 12 dans le sens inverse des aiguilles 20 d'une montre, comme on le voit sur la figure 1, de sorte que leurs arêtes inférieures se déplacent dans le même sens que leur mouvement général, lié à la machine, le long de la voie. lorsque la voie 2 est soulevée, la couche de ballast fait apparaître des alvéoles de traverses 18 et des encoffrements 19. 25 lorsque l'ensemble à deux vrilles se déplace le long de la voie, la vrille d'attaque 11 pousse le matériau des encoffrements 19 dans les alvéoles 18 et détermine la profondeur à laquelle le matériau sera attaqué par la vrille arrière 12 en transpartant le matériau en surplus au-delà des extrémités des alvéoles de 30 traverses. On notera que la vrille d'attaque 11 doit être capable de déplacer le matériau à la fois en avant et au travers de la voie, et le pas de cette vrille doit donc être assez grand pour donner au matériau déplacé une composante suffisante vers l'avant. Au 35 contraire, la vrille arrière 12 doit seulement déplacer le matériai en travers de la voie, c'est pourquoi son pas peut être fin, garantissant un nombre minimal de particules déplacées en chaque point par cette vrille ainsi qu'une vitesse minimale de déplacement transversal de ces particules sur la surface; il a été prou-40 vé que ces deux facteurs contribuent à donner à la surface une 70 03319 5 2029722 résistance maximale à la déformation sous charge. la hauteur totale des vrilles est réduite à un minimum pour que le soulèvement vertical de la voie 2 puisse être également réduit à un minimum. De cette façon, le poids de voie à soulever $ et la longueur de voie privée de support latéral sont maintenus à un minimum. Puisque l'épaisseur des traverses 6 peut varier de l'une à l'autre, un dispositif 20 est prévu qui mesure l'épaisseur de chaque traverse et superpose un signal de commande à celui donné 10 par l'ensemble de contrôle de niveau 8, de sorte que le niveau de travail de 1* ensemble à vrilles 5 tienne compte de la variation d'épaisseur de traverse dans la commande des vérins de levage 9. On peut utiliser, à titre de variante de la disposition de 15 vrille de la figure 2, la disposition de la figure 3, du moins pour la vrille arrière 12. D'une façon générale, la disposition est la même qu'à la figure 2 en ce qui concerne le corps de palier 14, le soc 15 et les deux parties de lame spirale 16 et 17 de sens opposés. Cependant, les extrémités externes 22 et 23 des 20 parties 16 et 17 ont un diamètre inférieur, de sorte qu'elles donnent à la surface de la couche de ballast un profil transversal du genre de celui indiqué par la ligne 24, qui constitue un support contrôlé pour les traverses 6 et permet donc d'éviter un frettage central de celles-ci. D'autres profils transversaux du 25 lit de ballast peuvent être choisis et réalisés par des variations correspondantes de diamètre en d'autres endroits des lames coupantes. Par exemple, les portions de diamètre réduit de la figure 3 pourraient être suivies de portions de plus grand diamètre et permettre ainsi d'éviter le frettage d'extrémité des tra-30 verses. lia machine peut se déplacer sur la couche de ballast comme indiqué à la figure 1 ou peut être réalisée de façon à se déplacer sur la voie 2 elle—même, auquel cas-les roues 25 devraient être disposées assez loin vers l'avant et vers l'arrière de leurs 35 positions représentées à la figure 1 pour reposer sur les rails au-delà de la portion soulevée de la voie 2. la machine pourrait également se déplacer partiellement sur la voie et partiellement sur le ballast. Les opérations successives de la machine sont les suivantes : 40 1. La tête de levage de la voie est descendue. 70 03319 6 2029722 2. La tête de levage est engagée sous les rails.. 3. La voie est soulevée. 4. La surface-outil est placée en position. 5. Les vrilles de la surface-outil tournent. 5 6. Le système de contrôle de niveau est enclenché.' 7. La machine est mise en mouvement le long de la voie. A titre de variante de l'emploi de vrilles comme surface-ou-til, on peut utiliser un soc, comme représenté schématiquement à la figure 4. A la figure 4 (â), on voit un soc 26 disposé perpen-10 diculairement à la ligne médiane de la voie. Il peut également être disposé obliquement par rapport à cette ligne, comme on le voit aux figures 4 (b) à 4 (d). De plus, un mouvement d'oscillation horizontal peut être donné au soc 26 en plus de son mouvement le long de la voie en tant que partie de la machine. La di-15 rection de ce mouvement d'oscillation peut être longitudinale par rapport à la voie, comme on le voit aux: flèches 27 et 28 des figures 4 (a) et 4 (b), oblique par rapport à la voie comme on le voit à la flèche 29 àe la figure 4 (e), ou perpendiculaire à la voie comme on le voit à la flèche 30 de la figure 4 (d). / 20 Si le soc 26 est perpendiculaire à la voie comme à la figure 4 (a), aucune composante de mouvement perpendiculaire à la ligne médiane de la voie ne sera communiquée au matériau de ballast, de sorte que le matériau s'accumulera devant la lame et devra être évacué vers les côtés de la voie par un second mécanisme convo-25 yeur. Si, au contraire, la lame est placée obliquement par rapport à la ligne médiane de la voie, le mouvement principal vers l'avant de la lame et le mouvement d'oscillation qui lui est superposé communiquent au matériau de ballast une composante de mouvement perpendiculaire à la ligne médiane de la voie, lui donnant tendan-30 ce à se déplacer vers le bas-côté de la voie. On a constaté qu'en superposant un mouvement d'oscillation au mouvement principal du soc, on obtenait une meilleure surface pour la couche de ballast, car la déformation de la couche de ballast provoquée ensuite par les traverses est plus réduite dans ce 35 cas que sans mouvement d'oscillation. Une composante oscillatoire verticale pourrait être communiquée au soc 26. La demi-oscillation vers le haut de cette oscillation verticale tendrait à annuler la force de frottement s'opposant au mouvement des particules le long de la surface du soc, 40 et ceci réduirait à son tour la profondeur de la perturbation 70 03319 7 2029722 apportée dans la couche de "ballast en-dessous du plan de la surface finie désirée. La demi-oscillation vers le "bas tendrait à ce que l'arête inférieure de la lame réoriente les particules dans leur position optimale pour un tassement dense et donc pour 5 une grande résistance aux futures déformations. En choisissant judicieusement la vitesse d'avance, la fréquence et le plan d'oscillation, on peut aboutir à un mouvement en dents de scie, c'est-à-dire un mouvement vers l'avant et vers le haut suivi d'un mouvement vertical vers le bas. De cette fa-10 çon, on peut éviter la perturbation du matériau de ballast qui serait liée à un mouvement en avant et vers le bas de la lame. Outre sa fonction principale, la machine de la figure 1 pourrait être aisément modifiée pour effectuer a) le bourrage entre traverses et épaulements, b) le traçage des voies, c) le dépôt 15 d'un revêtement le long de la voie (par exemple une couche de bitume impermeable), d) la réalisation d'un soulèvement général de la voie, e) le travail d'une excavatrice, (f) la séparation, des fines particules du ballast, g) le rètour de ballast aux encoffrements après une opération de nivellement. 70 03319 8 2029722 REVENDICATIONS 1 - Procédé de nivellement de la surface du lit sur lequel repose une voie ferrée, caractérisé en ce qu'on soulève localement la voie d'une façon progressive le long de cette voie et 5 qu'on passe une surface-outil au-dessus de ladite surface et au-dessous de la voie ainsi soulevée pour déplacer le matériau de la surface et donc la niveler, la profondeur de travail de ladite surface^outil n'excédant pas sensiblement, si elle l'excède, le niveau de la surface du lit sur lequel reposait la voie avant 10 d'être soulevée. 2 - Machine pour le nivellement de la surface du lit sur lequel repose une voie ferrée, caractérisê«en ce qu'elle est susceptible de se déplacer le long de la voie et comporte un ensemble de levage qui soulève localement la voie, une surface-outil sus-15 ceptible de travailler sur la surface au-dessous de la voie soulevée, et un ensemble de contrôle de niveau susceptible, par référence à un repère, de commander la profondeur et l'inclinaison transversale auxquelles travaille ladite surface-outil. 3. Machine suivant la revendication 2, caractérisé^ en ce 20 qu'elle comporte un dispositif pour mesurer l'épaisseur des traverses auxquelles les rails de là voie sont fixés et pour commander la profondeur et l'inclinaison transversale auxquelles travaille ladite surface-outil en tenant compte des variations d'épaisseur des traverses. 25 4. Machine suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite surface-outil comporte au moins un couteau spiral tournant disposé transversalement à la voie. 5. Machine suivant la revendication 4, caractérisé6 en ce que ladite surface-outil comporte une paire de couteaux spirals 30 tournants disposés transversalement à la voie, l'un desdits couteaux spirals tournants, qui est le couteau d'attaque dans le travail de la machine, pouvant travailler à un niveau plus élevé que l'autre couteau, et les deux dits couteaux spirals tournants étant susceptibles de tourner dans vin sens tel que leurs arêtes 35 inférieures se déplacent dans le même sens que celui de leur mouvement général le long de la voie. 6. Machine suivant la revendication 2, caractérisée en ce que ladite surface-outil comporte une lame s'étendant transversalement à la voie et susceptible d'osciller ou de présenter une 4C composante d'oscillation dans un plan horizohtal. 70 03319 9 2029722 7. Machine suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ladite lame est disposée sensiblement perpendiculairement à la ligne médiane de la voie et oscille longitudinalement par rapport à ladite voie. 5 8. Machine suivant la revendication 6, caractérisée en ce que ladite lame est disposée obliquement par rapport à la ligne médiane de ladite voie. 9. Machine suivant la revendication 8, caractérisée en ce que ladite lame est animée d'oscillations longitudinales par rap- 10 port à ladite voie. 10. Machine suivant la revendication 8, caractérisé® en ce que ladite lame est animée d'oscillations obliques par rapport à la ligne médiane de ladite voie. 11. Machine suivant la revendication 8, caractérisée en ce 15 que ladite lame est animée d'oscillations perpendiculaires à la ligne médiane de ladite voie. 12. Machine suivant l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que ladite lame possède une composante d'oscillation verticale. 20 13. Machine suivant la revendication 12, caractérisée en ce que les relations entre -'-^es composantes d'oscillation horizontale et verticale et la vitesse d'avance de la machine sont telles que, vue dans un plan vertical s'étendant le long de la voie, ladite lame décrive un mouvement en dents de scie, comportant un mouve- 25 ment vers le bas sensiblement vertical dans une demi-oscillation, et un mouvement vers l'avant et vers le haut dans l'autre demi-, oscillation. 14. Surface-outil pour le nivellement de la surface du lit sur lequel repose une voie ferrée, caractérisée en ce qu'elle 30 comporte une paire de couteaux spirals tournants susceptibles de se déplacer le long du lit et s'étendant en travers du lit, l'un de ces couteaux, qui est le couteau d'attaque dans le travail de l'outil, travaillant à un niveau plus élevé que l'autre couteau, et les deux couteaux étant susceptibles de tourner dans un sens 35 tel que leurs arêtes inférieures se déplacent dans le même sens que celui de leur mouvement général le long de la voie. 15. Machine suivant la revendication 5 ou surface-outil suivant la revendication 14, caractérisée en ce que ledit couteau spiral d'attaque a un pas plus gros que l'autre couteau. 40 16 - Machine ou surface-outil suivant l'une quelconque des 70 03319 10 2029722 revendications 5» 14 et 15» caractérisés en ce que chacun desdits couteaux spirals tournants comporte deux parties, s'étendant chacune sensiblement de la moitié à l'extrémité respective du couteau, les deux parties étant de sens contraires, de sorte que 5 chacune déplace le matériau du lit en direction de ses bas-côtés. 17. Machine ou surface-outil suivant la revendication 16, caractérisée en ce que chaque couteau spiral rotatif comporte un palier central et, s'étendant en avant de ce palier, un soe qui écarte le matériau qui se trouve en face dudit palier vers les- 10 dites parties du couteau spiral tournant. 18. Machine ou surface-outil suivant l'une quelconque des revendications 5 et 14 à 17, caractérisée en ce qu'au moins le couteau arrière desdits couteaux spirals tournants comporte des portions de diamètre différent qui profilent transversalement la 15 surface. 19» Machine suivant la revendication 6, caractérisée en ce que ladite lame est profilée suivant son arête inférieure pour profiler transversalement la surface dudit lit. 20. - Machine suivant la revendication 3, caractérisée en 20 ce que ladite surface-outil comporte une lame coiabinée à un couteau spiral tournant, les deiix s'étendant transversalement à la voie, ladite lame étant animée d'au moins une composante d'oscillation horizontale.