Brevet FR2463037A1 — publié le 19810220

Procédé et dispositif pour détecter des boites d'essieu chaudes indépendamment de facteurs ambiants et variables. Les boîtes d'essieu sont parmi les organes lesplus sollicités dans un véhicule ferroviaire,dans la mesure o elles réalisent la liaison de roulement entre l'essieu et la roue et permettent ainsi le mouvement d'un convoi. Les boîtes d'essieu sont appelées à supporter des charges no- tables et présentent des conditions de fonctionnement par- ticulièrement sévères puisqu'elles sont soumises à des contraintes verticales et transversales qui croissent à me- sure que la vitesse du convoi ferroviaire augmente. I,'échauffement excessif des boîtes d'essieu peut être dû à diverses causes telles qu'un manque de lubrification ou des dérangements mécaniques et peut avoir des consé- quences fâcheuses tant pour les.personnes que pour le maté- riel,car il peut même conduire à la rupture de l'essieu de la roue, provoquant ainsi un déraillement des véhicules et par conséquent une interruption de la circulation. Traditionnellementl'inspection des boîtes d'essieu s'effectue en général sur le train arrêté dans une gare. Ces dernières années, les progrès considérables réalisés dans le domaine de l'électronique ont permis la construc- tion de détecteurs de la température des boîtes d'essieu en mouvement, le fonctionnement de ces détecteurs étant fondé sur l'interception des rayons infrarouges. Une boîte d'essieu en mouvement présente normalement une température comprise dans l'intervalle de 40 à 110 C, ce qui correspond à un pic d'émission sur des longueurs d'onde de 7 à 8 mi- crons. Au rayonnement émis par les boîtes d'essieu se su- perppse un rayonnement indésirable dû aux conditions am- biantes et situé dans un intervalle de longueur d'onde en- -2463037 tre 3 et 4 microns. En utilisant des capteurs de rayonnement infrarouge d'une sensibilité importante dans l'intervalle de longueur d'onde concernée et en se servant de filtres appropriés capables d'éliminer le rayonnement perturbateur d'origine solaire, on obtient un rapport signal/bruit satisfaisant pour les applications en question. Les capteurs pouvant être utilisés sont de plusieurs types mais de loin les meilleurs sont ceux de type photo- -électrique dans lesquels un rayonnement incident provoque une force électromotrice qui est proportionnelle à ce ray- onnement. Ces capteurs présentent en outre des temps de réponse très courts, de l'ordre de la milliseconde. Une autre propriété que les détecteurs doivent possé- der est une bonne résistance aux contraintes mécaniques nuisqu' ils doivent être fixés le long des lignes de che- min de fer en des endroits auxquels aucun personnel n'est affecté. Des difficultés en ce qui concerne le fonctionnement et la mise au point d'appareils de ce genre Proviennent du fait que les boites d'essieu utilisées ne sont pas toutes identiques et qu'il faut donc un angle de visibilité de celles-ci suffisamment grand pour couvrir tous les types de boites d'essieu mais pas trop grand puisque cela ren- drait le détecteur sensible à l'influence d'autres pièces chaudes en mouvement. Ces circonstances ainsi que d'autres ont incité à adopter une solution particulière oui consis- te à débloquer le dispositif détecteur- seulement lorsque la boite d'essieu passe devant le capteur. Pour y parvenir on se sert de pédales électromagnétiques qui commandent l'ouverture d'une fenêtre montée sur le détecteur même, cette ouverture ne s'effectuant qu'en concomitance avec le passage d'une boîte d'essieu devant le détecteur. Les dispositifs utilisés à l'heure actuelle recueil- lent le signal électrique du détecteur, puis l'amplifient et l'envoient aux équipements d'enregistrement analogique. Après le passage du convoi, on dispose ainsi d'une bande de papier sur laquelle sont visibles des segments verticaux, à savoir un pour chaque boite d'essieu, dont les amplitudes sont proportionnelles aux températures détectées. Sont con- sidérées comme étant dangereuses les boites d'essieu pour lesquelles l'amplitude des segments enregistrés est supé- rieure a un seuil de danger déterminé spécialement établi. Il existe également un équipement permettant de loca- ].iser automatiquement les boites d'essieu dangereuses et qui indique leur position et en signale la présence par des signaux d'alarme optiques et acoustiques. Les dispositifs utilisés jusqu'à présent pour la dé- tection de boîtes d'essieu chaudes présentent divers in- convénients dont le premier et le plus important réside en ce que ces systèmes sont trop sujets aux conditions ambian- tes pour pouvoir être considérés comme fiables. Ainsi on peut par exemple supposer que dans un convoi ferroviaire se trouvent certaines boites d'essieu dont l'échauffement dépasse la limite admise et qu'avant l'arrivée du convoi au poste de contrôle un orage se déchaîne; par suite de cet oragela température de chacune des boites d'essieu s'abaisse de manière notable et il peut ainsi arriver que lors du passage des boîtes d'essieu devant le dispositif il ne soit pas détecté de niveau de température dangereux; néanmoins ces boites d'essieu continuent d'être dangereu- ses dans la mesure o un processus d'échauffement excessif est en cours. Il faut donc se libérer complètement de l'in- fluence aléatoire du milieu ambiant. Un autre défaut important des systèmes existants ré- side dans l'impossibilité d'obtenir des indications sur le début d'un échauffement. Pour évaluer de tels phénom&nesil faudrait comparer les valeurs enregistrées pour une même boite d'essieu four- nies par deux points de détection successifs. La présente invention crée un procédé et un disposi- tif permettant de résoudre le problème indiqué ci-dessus. -o. - sUo al Sulp aalp-.-%soo 'aoIICtooxf a^+mF.I aun e. a:naieF. -u. a.neqcclfma. op xnUuiTs op azqmou un,p aouas1ad un oz -Te=eouu a mn+ sloRma op teu!s I!PoI %uo!TAOid no,p naossop oToq el -asoIIolo. 1-UemalWU2? alue o Sa % euIe,p ITuIs oD 'Iynos %!pnU no.cc -ffdns %sa aocn8oefaudua op TIeu1 s un,nbesao,uuo p -se auleel -8e,p T'uo!m Un %o o?9Ooqop onuauoui un? eaa+ 'I o8p --naI 51 -a._ I ap uoTIfouo ua oauuoToalgsaccid +sa ITnas aojineIl no unl: s!iqeu-9 Iuos s9In s s9. n9o!sn19d '%uoawsna2%uuAV -euua/Kom e%!PUI ap ailq+aq -pca[c o!ut.I aun. aenaoixadus [naloA aun o4u!oqje qs onb -s9o1 auuaiom [l!J. mène d'échauffement. Pour la mise en oeuvre d'un procédé comme celui dé- crit ci-dessus et pour atteindre les buts de l'invention, peut être prévu suivant l'invention un dispositif comrTor- tant au moins un détecteur de signaux de température des boîtes d'essieu en circulation et comprenant des moyens de mise en memoire des signaux de température; des moyens de traitement pour]'établissement de la moyenne desdits signaux; des moyens pour imposer une limite for- mant seuil d'alarme et des moyens pour comparer ledit seuil et les signaux de te.mpJrature et ponr engendrer un signal d'a]larme lorsque ce seuil est dépasse, ar '!un des signaux de température. Avantageusement, le dispositif comprend en outre des moyens pour sélectionner un seuil d'alarme en fonction de ].a valeur de la moyenne calculée. En pratique, le dispositif utilise un microprocesseur et peut également comprendre un système de transmission de données à distance avec l'aide d'un câble téléphonique ou d'un autre moyen, comme par exemple une ou plusieurs fi- bres optiques, poulr la transmission soit des données re- cueillies à une centrale de traitement, soit des données traitées. L'invention est expliquée ci-dessous en détail à l'aide d'un exemple deréalisation illustré aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente à titre d'exemple une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention comprenant une unité centrale de traitement; la figure 2 représente sous forme d'organigramme le déroulement du programme exécuté par l'unité centrale de traitement du dispositif de la figure 1; les figures 3 à 5 montrent la façon dont des boites d'essieu présentant un échauffement excessif sont décelées par l'exécution d'un algorithme. Comme représenté sur la figure 1, le dispositif sui- vant l'invention peut comporter, en tant que système d'ac- quisition et de traitement des données, un microprocesseur pouvant par exemple être du type de ceux dits Signetics 2650 et servant d'unité centrale de traitement (CPU). Ce dispositif recueille des signaux analogiques à partir de l'ensemble équipé pour la détection (bloc 1), la transfor- mation et l'amplification (bloc 3) des signaux de chaleur T' émis par les boites d'essieu et, après les avoir conver- ties en données numériques (bloc 5), emmagasine ces données dans une mémoire de service 7 (mémoire des données et au- xiliaire, et registres de traitement effaçables RAI); par o est désigné l'ensemble de l'unité centrale de tro itement (CPU); par 10 est désignée encore une autre mémoire (EPROIT) pour le programme permanent; par 12 est désignée une console de visualisation ou écran d'affichage et par 14 un équipement enregistreur. A partir du convertisseur analogique-numérique, les données atteignent les mémoires 7 et 10, l'écran d'affichage 12, l'équipement enregistreur 14 et l'ensemble de l'unité centrale de traitement CPU (en empruntant un bus de données désigné sur la figure 1 par DB);'à partir de ces derniers organes, les données sortantes passent (par l'intermédiaire du bus d'adresses désigné sur la figure 1 par AB) dans les mémoires. Le programme exécuté par l'unité centrale de traite- ment permet de libérer le traitement des conditions am- biantes déjà évoquées et est conforme à l'organigramme de la figure 2 dans laquelle: Tm = Température moyenne des boites d'essieu de l'ensemble du convoi; A, B, C = Intervalles de température dans lesquels peut se situer la tempé- rature moyenne; S1' S2, 3 = Seuils de comparaison associés aux intervalles mentionnés ci- dessus; aTi = Tbi-Tm = Ecart de la ter.ipériture des boi- tes d'essieu individuelles par rapport à la moyenne; K = aTi-S = Ecart des surélévations de tem- pérature par rapport au seuil de srécuri té. La prerlière opération à effectuer aussitôt après l'ac- quisition des données est le calcul de la moyenne Tm; se- lon que Tm est eornris dnns l'un des trois intervalles A, B, C prévus/ on choisit l'un des seuils S1, S2, S3 qui doit être considéré comme étant le seuil de sécurité ne de- vant pas être dépassé par les écarts que la température des bottes d'essieu présente par rapport à la moyenne dans les conditions ambiantes. les divers seuils sont adoptés pour répondre à diver- ses conditions ambiantes; il est évident que plus la tempé- rature extérieure est élevée,plus le seuil de sécurité doit être bas et vice-versa. La moyenne obtenue n'est pratique- ment ras sujette à l'influence des températures variées des boites d'essieu présentant un échauffement excessif; ceci est d'autant plus vrai que les boites d'essieu mesurées sont plus nombreuses, le nombre de boîtes d'essieu présen- tant un échauffement excessif étant éventuellement très li- mité et même nul, comme cela a été démontré statistiquement Lorsque passe devant le capteur par exemple une lo- comotive seule et au'une ou deux boites d'essieu de celle- ci présentent un échauffement excessif, la moyenne pour- reait tre faussée de sorte que le procédé tout entier pourrait ne plus être correct. En pareil cas, c'est-à-dire si le nombre d'essieux étant passés devant le capteur est par exemple inférieur à huit, on-fait intervenir un seuil plus bas et on peut se référer directement à la moyenne du convoi précédent pour obtenir un paramètre de jugement plus restrictif, ou bien il est procédé à une comparaison des bottes d'essieu de droite et de celles de gauche, et ce avec un critère d'alarme différentielle. le traitement de signaux, dont l'algorithme est donné ci-dessous, s'effectue de la façon indiquée sur les figures 3, 4 et 5,o Tm est la moyenne des températures Tbi des boi- tes d'essieu, tS Ti = Tbi-Tm est l'écart entre la tempéra- ture moyenne et une seule température de boite d'essieu et S est la valeur de seuil. La figure 3 montre le choix de Tm; sur la figure 4 est indiqué le seuil choisi automati- quement sur la base de Tm; si ZSTi?> S, alors le proces- sus d'alarme se déclenche puisqu'on se trouve en présence d'un échauffement excessif dépassant la limite admise. Sur la figure 5 est indiqué le danger que présente une boite d'essieu (Tp) lorsque celle-ci se trouve à une température ÈSTi surélevée par rapport à la moyenne Tm audelà du seuil S, c'est-à-dire lorsque ATi-S = K > 0. Lorsqu'il se produit une situation comme celle décrite à propos des figures 3, 4 et 5, la boite d'essieu en ques- tion est considérée comme dangeureuse et la situation rela- tive à cette boite d'essieu fait l'objet d'une signalisa- tion sur l'équipement d'affichage. Après le passage du convoion dispose donc sur l'écran d'affichage, ou sur l'écran à tube cathodique si celui-ci est préféré comme système de signalisation, ou sur un équi- pement enregistreur, des informations suivantes - la température moyenne des boîtes d'essieu du convoi (droites et gauches, des détecteurs étant disposés en con- séquence); - la position, c'est-à-dire le numéro d'ordre à partir de la tête du convoi, des boîtes d'essieu dont la température est supérieure à un seuil déterminé de sécurité; - l'indication de la surélévation de température par rap- port au seuil de sécurité de chacune des boites d'essieu mentionnées en dernier; et - le nombre d'essieux qui sont passés devant le disposi- tif. Il est également possible de disposer d'un enregistre- ment analogique des signaux de chaleur, par exemple sous la forme de segments successifs sur une bande d'enregistrement, ces segments présentant une amplitude proportionnelle à la température de chacune des boîtes d'essieu. Cela permet en même temps de comparer une mesure de type traditionnel, comme celle qui vient d'être indiquée,à une mesure relati- ve effectuée par le procédé suivant l'invention. A ces indications peuvent, le cas échéant, s'ajouter encore d'autres éléments comme par exemple l'enregistre- ment chronologique de l'événement (c'est-à-dire l'heure à laquelle le train est passé) et, afin que l'information soit tout à fait complète, également le numéro du train auquel toutes les données se rapportent, ces opérations s'effectuant-évidemment toutes de façon automatique. Il peut en outre être prévue une interface avec une imprimante, de telle sorte que ces mêmes informations puissent être imprimées afin de disposer d'une documentation permanente des diverses situations s'étant produites. Il est égale- ment possible d'enregistrer toutes les données sur des bandes magnétiques, qui sont particulièrement utiles en cas de traitements subséquents de type statistique ou autre, ceci aussi entièrement de manière automatique. Le dispositif suivant l'invention permet également, d'une façon relativement simple, de prévoir le début d'un échauffement excessif puisque les données numériques rela- tives à un poste d'observation déterminé peuvent être transmises par câble à un poste de traitement subséquent pour y être conservées en mémoire, en attendant d'être com- parées à celles provenant du capteur de ce poste de trai- tement subséquent. Ceci comporte d'une part l'inconvénient de rendre l'équipement détecteur plus coûteux mais permet d'autre part une intervention de type préventif sur le con- voi avec tout l'intérêt que cela comporte sur le plan de la sécurité. A titre de varianteon peut prévoir une centralisation des données, c'est-à-dire que chacune des données recueil- lies est transmise par un tronçon de ligne relativement long à un poste unique de traitement; peut également être prévte la possibilité de signaler à partir de ce der- nier poste les conditions anormales de fonctionnement des boîtes d'essieu au personnel de locomotive par l'intermé- diaire d'une liaison terre-train. Parmi les caractéristiques les plus marquantes du sys- tème de traitement peut enfin encore figurer la possibili- té de procéder à un autocontrôle, c'est-à-dire de vérifier automatiquement, lorsque le besoin s'en fait sentir, le bon fonctionnement de tout l'équipement de traitement et d'affichage des données. En conclusion, le système décrit permet de s'affran- chir complètement des conditions ambiantes et offre la pos- sibilité de disposer le point de détection en un endroit quelconque, comme par exemple sous des viaducs, à la sor- tie de tunnels, dans des courbes même de petit rayon, con- tre des terre-pleins et d'une manière générale en tous les endroits qui par leur conformation risquent de créer des conditions ambiantes susceptibles de rendre possiblesdes alarmes (ou alarmes différentielles) intempestives si l'on n'a pas recours au procédé suivant l'invention'. Le procédé suivant l'invention susceptible d'être mis en oeuvre par des techniques modernes de la logique pro- grammée gérée par des microprocesseurs présente une très grande souplesse et offre la possibilité d'y apporter rapi- dement des modifications et extensions de façon à permettre de réaliser de nombreuses variantes et-adjonctions, sans avoir à changer excessivement la structure préexistante, et ce même en cours de service entre le passage d'un train et celui du train suivant. On peut ainsi également envisa- ger de personnaliser les programmes, selon des besoins par- ticuliers qui peuvent se présenter, au cas o se poseraient des problèmes sur le plan pratique dans une installation spécifique quelconque. Il convient enfin de noter que l'exemple illustré et décrit en détail ne présente aucun caractère limitatif, de sorte que diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour détecter des boites d'essieu chaudes -avec Vaide d'un détecteur (à rayons. infrarouges ou analo- gue) capable de détecter la température de chacune des boi- tes d'essieu d'un convoi ferroviaire, caractérisé en ce que les signaux de température relatifs aux différentes boites d'essieu de chaque côté du convoi sont traités séparément pour en calculer la moyenne, en ce que chaque signal est comparé à ladite moyenne et en ce qu'un signal-d'alarme est donné en fonction de l'écart d'un signal de température par rapport à la moyenne lorsque est atteinte une valeur supé- rieure à une limite préétablie de ladite moyenne. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs seuils sont établis, en ce que l'un de ces seuils est présélectionné en fonction de la valeur de la température moyenne détectée,et en ce qu'un signal d'alarme est déclenché lorsqu'un signal de température devient supé- rieur à ce seuil, ledit signal d'alarme étant également ap- te à localiser les boites d'essieu d'o provient ledit si- gnal de -température anormal. 3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'en présence d'un nombre de signaux de tem- pérature inférieur à une limite préétablie, dans le cas de convois courts ou d'une locomotive seule, ces signaux sont traités conjointement avec les signaux mis en mémoire dus au passage d'un convoi précédent. 4 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'en présence d'un nombre de signaux de tem- pérature inférieur à une limite préétablie, dans le cas de convois courts ou d'une locomotive seule, ces signaux sont traités pour calculer la moyenne des températures, en ex- cluant du calcul la valeur de température maximale détec- tée. - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, mis en oeuvre dans une installation comprenant plusieurs postes - de détection de signaux de température, caractérisé en ce que les données recueillies à un poste situé en amont sont mises en mémoire et comparées aux signaux recueillis à un poste situé plus en aval, afin d'évaluer la progression d'un phénomène d'échauffement. 6 - Dispositif comportant au moins un détecteur de si- gnaux de température des boîtes d'essieu en circulation et apte à mettre en oeuvre le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mettre en mémoire les signaux de tempéra- ture; des moyens de traitement pour l'établissement de la moyenne desdits signaux; des moyens pour fixer une limite formant seuil d'alarme; et des moyens pour comparer ce seuil et les signaux de température ainsi que pour engendrer un signal d'alarme lorsque ce seuil est dépassé par l'un quelconque des signaux de température. 7 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour sélectionner un seuil d'alarme en fonction de la valeur de la moyenne calculée. 8 - Dispositif suivant la revendication 6 ou 7, carac- térisé en.ce qu'il est équipé d'un microprocesseur. 9 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendica- tions 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un système permettant aux données d'être transmises à distance avec l'aide d'un câble téléphonique ou d'un autre moyen, comme par exemple une ou plusieurs fibres optiques, en vue de la transmission des données recueillies à une centrale de traitement, ou des données traitées.