Brevet FR2463400A1 — publié le 19810220

Appareil de mesure pour la détermination à l'aide de jauges extensométriques d'une charge agissant dans la zone d'une surface, en particulier pour mesurer la charge des roues des véhicules ferroviaires ou pour déterminer la charge d'une bascule. La présente invention se rapporte à un appareil de mesure pour la détermination à l'aide de jauges extensométriques de îO la grandeur d'une charge agissant dans la zone d'une surface, les jauges extensométriques étant disposées dans la zone d'alésages frontaux axiaux de l'appareil de mesure et formant des parties d'un montage en pont électrique, des évidements en forme de fente, placés à angle droit par rapport à l'axe longitudinal de l'appareil de mesure et opposés à la surface absorbant la charge, délimitant l'allongement axial de ces alésages. Un tel appareil de mesure connu par la demande de brevet allemand 27 58 997 est réalisé sous la forme d'une poutre prismatique mécanique dont les parties d'extrémité sont élastiques par rapport à la partie centrale grâce aux fentes. Lors de l'application de la charge, les parties d'extrémité s'écartent donc par rapport à la partie centrale les raccordant, si bien qu'au niveau des parties d'extrémité, on n'obtient aucun effort de cisaillement distinct proportionnel à la charge appliquée. Les lignes de force se produisant dans les parties d'extrémité ne sont donc qu'imparfaitement captées par les jauges extensométriques. Par ailleurs, leur indication dépend à chaque fois de la position axiale du point d'application de l'effort sur la surface absorbant la charge, ce qui lors de l'application d'une charge roulant sur l'appareil de mesure, provoque des variations indésirables dans l'indication de la charge. Il s'ensuit que la mesure n'est pas suffisamment précise. Finalement, en cas de rupture d'un appareil de mesure inséré dans une voie, celui-ci forme un endroit de joint inad- missible pour des raisons de sécurité pour les véhicules fer- roviaires utilisant le tronçon de rail. La présente invention a par conséquent pour objet de perfectionner l'appareil de mesure connu de façon que tous les efforts intervenant lors de l'application d'une charge se produisent sous la forme d'efforts de cisaillement aussi distincts que possible dans les parties d'extrémité et que l'indication de la charge soit indépendante de l'endroit de l'application de ladite charge afin d'augmenter sensiblement la précision de la mesure, et a également pour objet de conférer à l'appareil de mesure une forme donnée pour que lors de son utilisation pour mesurer la charge des roues d'un véhicule ferroviaire, toutes les normes de sécurité puissent être remplies. Partant d'un appareil de mesure du type précité, ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que les parties, comportant les alésages frontaux, de l'appareil de mesure sont mutuellement raccordées à proximité de leur surface d'appui par une semelle inférieure qui s'étend parallèlement à la semelle supérieure comportant la surface absorbant la charge et que les zones de raccordement entre les parties frontales et les semelles forment des articulations élastiques. L'appareil de mesure selon l'invention se compose donc de six parties fonctionnelles, à savoir la semelle supérieure agissant en tant que poutre de mesure, la semelle inférieure agissant en tant que poutre de traction, les articulations déformables élastiquement au niveau de leurs faces frontales, lesdites parties frontales agissant en tant qu'éléments déformables élastiquement et formant des éléments quasi annu- laires, les jauges extensométriques placées sur les éléments déformables ainsi qu'éventuellement la traverse agissant en tant que diviseur de charges entre les poutres de mesure et de traction. La poutre de mesure sert exclusivement à l'introduction de la charge à mesurer dans les éléments déformables et est par conséquent réalisée de façon extrêmement rigide, afin que si possible seuls des efforts de cisaillement soient transmis par les articulations élastiques entre la poutre de mesure et lesdits éléments déformables. La poutre de traction a pour mission d'empêcher l'ouverture des éléments déformables provoquée par l'application de lacharge. Le diviseur de charge a pour but,d'une part, d'enlever à la poutre de traction une partie de la charge appliquée sans fausser pour autant la valeur mesurée,- le diviseur de charge étant placé exactement au centre entre les éléments déformables, celui-ci n'a aucune influence sur la courbe des lignes de force dans les éléments déformables - et d'autre part, le diviseur de charge contribue à faire en sorte que lors de l'application de la charge, les deux éléments déformables restent parallèles entre eux. Du fait des alésages pratiqués et des affaiblissements des sections transversales des éléments déformables, ceux-ci agissent en tant qu'éléments quasi annulaires qui, au niveau de leursparois intérieure ou extérieure ou de leurs parois intérieure et extérieure, portent les jauges extensométriques réunies en un montage en pont, et en cas d'un agencement des jauges extenso- métriques sur les parois intérieure et extérieure des éléments déformables, la valeur mesurée et par conséquent la précision de la mesure se trouvent augmentées. La déformation élastique des éléments déformables est donc un critère pour la charge à mesurer qui se présente sous la forme d'un désaccord du montage en pont. Grâce au diviseur de charge, mais en parti- culier surtout grâce aux parties pleines entre les alésages juxtaposés, la hauteur de chute de la poutre de mesure se trouve limitée en cas de rupture de l'une ou des deux articu- lations supérieures et ainsi, lors de l'utilisation de l'ap- pareil de mesure selon l'invention pour mesurer la charge des roues d'un véhicule ferroviaire, on obtient une garantie contre tout déraillement pour le véhicule roulant sur un ap- pareil de mesure cassé. Dans ce cas, l'appareil de mesure est constitué par un corps prismatique de section transversale adaptée à la forme d'un champignon de rail, pouvant être rac- cordé au rail de la voie et qui est arrondi au niveau de sa face tournée ven le cône de la surface de roulement des roues du véhicule ferroviaire, tandis que les surfaces latérales et les surfaces d'appui sont planes. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de deux modes de réalisation d'un élément de mesure, pris comme exemples, mais non limitatifs1 et illustrés plus ou moins schématiquement par le dessin annexe, sur lequel: la figure 1 représente en perspective un appareil de mesure selon l'invention; - 24634-00 la figure 2 est une vue latérale d'un mode de réalisation, modifié par rapport à la figure;l, de l'appareil de mesure selon l'invention. Un appareil de mesure ME, ayant sensiblement la forme d'un corps prismatique, comporte, dans sa zone supérieure sur la figure 1, une semelle supérieure 1 agissant en tant que poutre de mesure et raccordée à des parties frontales 2 et 3 agissant en tant qu'éléments déformables. La surface, absor- bant la charge, de la poutre de mesure, est désignée par F. Les parties 2 et 3 sontpour leur part, raccordées dans leur zone inférieure par une semelle inférieure 4 agissant en tant que poutre de traction. Les points de raccordement entre les parties 2 et 3 agissant en tant qu'éléments déformables, et les semelles supérieure et inférieure font office d'articu- lations élastiques 6. Pour pouvoir agir en tant qu'éléments déformables, les parties 2 et 3 présentent des alésages axiaux 8 qui s'étendent jusqu'aux fentes 10 qui sont disposées à angle droit par rapport à l'axe longitudinal de l'appareil de mesure et le traversent complètement. Les extrémités, opposées à la surface F absorbant la charge, des fentes 10, se transforment en fentes 11 s'étendant à angle droit par rapport à ces dernières, disposées parallèlement à l'axe longitudinal et pouvant être délimitées en leur centre par une traverse s'étendant transversalement à l'axe longitudinal. Cette traverse ou partie pleine relie exactement au centre la poutre de mesure 1 à la poutre de traction 4. Les fentes précitées sont formées dans la masse du corps sensiblement prismatique par fraisage à l'aide d'une fraise à queue. Pour finir, l'ap- pareil de mesure ME présente des sections 12 usinées à la fraise s'étendant sur toutela longueur des parties 2 et 3 en affaiblissant les sections transversales de ces parties. Les parties 2 et 3 présentent, sur leur face inférieure, des surfaces d'appui 141, 14 et 151, 152 dont les distances a1 et a2 (voir figure 2) déterminent la longueur de mesure entre les éléments déformables. L'ensemble de l'appareil de mesure est donc réalisé en une seule pièce et ses différentes parties fonctionnelles sont réalisées par des perçages, des alésages et des fraisages. Sur les parois intérieures des alésages 8 des parties 2 et 3, ou sur les parois latérales mutuellement parallèles des fraisages 12 ou encore sur les parois intérieures des alésages 8 des parties 2 et 3 et sur les parois latérales mutuellement parallèles des fraisages 12, sont fixées des jauges extensométriques DMS qui forment ensemble des parties d'un pont de mesure non représenté ici dont la déformation constitue une mesure pour la force agissant sur la poutre de mesure, en particulier à l'intérieur de la surface F représentant la zone de mesure. Dans le moàe de réalisation représenté sur la figure 2 de l'appareil de mesure ME, les fentes 1l sont formées par des perçages 21, les intervalles pleins entre les perçages étant séparés par une fraisure en forme de fente à l'exception de la partie pleine 25 se trouvant au centre, au cas o un diviseur de charge est également nécessaire dans ce mode de réalisation. Un alésage central 27 de faible diamètre sché- matisé sur la figure 2 sert au passage des fils de commande électriques pour les jauges extensométriques DMS. Pour e reste, cet appareil de mesure correspond exac- tement à l'appareil de mesure décrit en référence à la figure 1. Les parties pleines précitées sont pour mission, en cas de rupture de l'une ou des deux articulations supérieures 6, de réduire à un minimum la hauteur de chute de la poutre de mesure afin d'empêcher un déraillement des véhicules ferro- viaires si l'appareil décrit pour la mesure de la charge des roues des véhicules ferroviaires est utilisé à l'intérieur d'un tronçon de rail. L'appareil de mesure décrit peut indiquer exactement la grandeur d'une force normale lorsque son point d'application se trouve à l'intérieur du tronçon de mesure a formé par l'appareil de mesure. En pareil cas, peu importe en quel point du tronçon de mesure se trouve le point d'application de la force. L'appareil de mesure décrit peut donc être utilisé uni- versellement, et ce partout o il s'agit de déterminer de façon simple des charges avec une grande précision. L'appareil de mesure décrit peut par exemple être utilisé pour mesurer la charge des roues des véhicules ferroviaires ou également en tant qu'organe déterminant la charge d'une bascule.- En pareil cas, il est avantageux de réaliser les points d'appui 1411 142 et 15ii 152 de façon commutable de manière à obtenir une commutation simple des zones de mesure. La sortie du montage en pont électrique est par exemple raccordée à un dispositif d'affichage numérique. Dans le cas d'utilisation précitée, à l'intérieur d'un tronçon de rail, dans les deux rails d'une voie de mesure, on place à chaque fois un appareil de mesure coaxialement comme cela est par exemple décrit et représenté dans la demande de brevet allemand 27 58 997. Les sorties du montage en pont électrique sont alors avantageu- sement raccordées à des dispositifs d'enregistrement et de commande. REVEND ICATIONS 1. Appareil de mesure pour la détermination à l'aide de jauges extensométriques de la grandeur d'une charge agissant dans la zone d'une surface, les jauges extenso- métriques étant placées dans la zone d'alésages frontaux axiaux de l'appareil de mesure et formant les parties d'un montage en pont électrique, des évidements en forme de fentes, disposés à angle droit par rapport à l'axe longitu- dinal de l'appareil de mesure et opposés à la surface absorbant la charge, délimitant l'allongement axial de ces alésages, caractérisé par le fait que les parties (2,3), comportant les alésages frontaux (8), de l'appareil de mesure (ME) sont mutuellement raccordées à proximité de leur surface d'appui (141 à 152) par une semelle inférieure (poutre de traction 4) qui s'étend parallèlement à la semelle supérieure (poutre de mesure 1) comportant la surface (F) absorbant la charge et que les zones de raccordement entre les parties frontales (2,3) et les semelles (1,4) forment des articulations élastiques (6). 2. Appareil de mesure selon la revendication 1, carac- térisé par le fait qu'il comporte au moins deux appuis (141, 142, 151, 152) s'étendant parallèlement à l'axe longi- tudinal et respectivement disposés à une distance (a1, a2) l'un de l'autre. 3. Appareil de mesure selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que les semelles supérieure et inférieure (1,4) sont séparées l'une de l'autre par un autre évidement en forme de fente (11) raccordant les évidements (10) en forme de fentes délimitant les parties frontales (2,3). 4. Appareil de mesure selon la revendication 3, carac- térisé par le fait que les évidements en forme de fente (10, 11) sont réalisés par fraisage. 5. Appareil de mesure selon la revendication 3, carac- térisé par le fait que la fente (11) séparant les semelles (1,4) l'une de l'autre est formée par des perçages (21) dont les intervalles pleins, situés parallèlement à l'axe longitu- dinal, sont tout au moins séparés en partie par une fraisure en forme de fente (figure 2). 6. Appareil de mesure selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la semelle supérieure (poutre de mesure 1) comporte au centre une traverse (5,25) s'étendant à angle droit par rapport à l'axe longitudinal et tournée vers la semelle inférieure (4). 7. Appareil de mesure selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé par le fait que les parties (2,3) comportant les alésages frontaux axiaux (8) sont af- faiblies dans leur section transversale par des parties latérales (12)usinées à la fraise. 8. Appareil de mesure selon l'une quelconque'des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait que les jauges extensométriques (DMS) sur la paroi intérieure des alésages 8 et/ou sur les parois intérieures des alésages (8) et sur les parois extérieures de la section transversale affaiblie (12) des parties frontales (2,3) sont disposées à proximité des fentes (10). 9. Appareil de mesure selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, en particulier pour la mesure de la charge des roues d'un véhicule ferroviaire, caractérisé par le fait que c'est un corps prismatique de section transver- sale adaptée à la forme d'un champignon de rail, pouvant être raccordé par interpénétration au rail d'une voie et qui est arrondi au niveau de sa face (F) tournée vers le cône de la surface de roulement des roues du véhicule ferroviaire, tandis que les surfaces latérales et les surfaces des appuis (14,15) sont des surfaces planes. 10. Appareil de mesure selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait qu'on l'utilise en tant qu'organe déterminant la charge d'une bascule, l'action de ses points d'appui (14,, 1421 151, 152) pouvant être com- mutée pour modifier la zone de mesure et la sortie du montage en pont électrique étant raccordée à un amplificateur et à un dispositif d'affichage ou un enregistreur.