Brevet FR2543901A1 — publié le 19841012

DISPOSITIF POUR DETECTER UNE PARTIE PLATE D'UNE SURFACE PERIPHERIQUE DE ROUES DE VEHICULE. La présente invention a trait à un dispositif per- mettant de détecter une partie plate d'une surface péri- phérique d'une roue de véhicule guidé sur une voie f er- rée. Lorsqu'un véhicule roule sur une voie ferrée etqutil doit être freiné vivement, la vitesse de rotation d'une roue freinée devient inférieure à la vitesse de déplace- ment du véhicule, de telle sorte que les roues freinées glissent sur les rails Lorsque ce glissement est exces- sif, il arrive très souvent que la roue freinée ne tourne pas durant le déplacement du véhicule Ce phénomène est communément désigné par l'expression "adhérence" Par suite, une partie de la surface périphérique d'une roue freinée peut être soumise à une usure due à la friction entre la roue freinée et le rail avec lequel elle est en contact et il se produit alors une partie plâte sur la surface périphérique de ladite roue Lorsqu'une telle par- tie plate se développe à la surface périphérique de la roue, bien entendu elle ne tourne pas régulièrement et il se produit des à coups Dans certains cas, cela peut entraîner un endommagement du châssis du véhicule De plus, les bruits provoqués par la partie plate lors de la rotation de la roue sont importants et entraînent des nuisances En général, afin de surmonter cet inconvénient, les véhicules ferroviaires sont équipés d'un détecteur permettant de détecter le glissement d'une roue Lorsque le détecteur détecte le glissement de la roue sur le rail, l'action de freinage est diminuée afin d'éviter le phénomène d'adhérence mentionné précédemment Cepen- dant, à ce jour, même si l'action de freinage est dimi- nuée, lorsque l'on-détecte le glissement de la roue, le phénomène d'adhérence peut encore se développer lorsque la friction entre la roue et le rail est faible, compte- -2- tenu que la pression résiduelle du système de freinage applique encore une action de freinage sur la roue En conséquence, à ce jour, la formation de partie plate sur la roue ne peut pas être éliminée de manière satis- faisante. La présente invention vise à résoudre ce problème et concerne un dispositif permettant de détecter une par- tie plate d'une surface périphérique d'une roue de véhi- cule guidé par une voie ferrée et qui permet donc d'évi- ter l'endommagement dudit véhiculé ainsi que la généra- tion de bruits. D'une manière générale, l'invention concerne donc un dispositif permettant de détecter une partie plate d'une surface périphérique d'une roue d'un véhicule guidé par une voie ferrée, dispositif comprenant des moyens pour détec- ter une accélération représentative de vibrations de la roue, aes contraintes développées dans un élément sup- port lié à la roue et un bruit produit par le roulement de la roue sur le rail afin de produire un premier signal de détection en réponse à un mouvement angulaire prédé- terminé de la roue ainsi que des moyens pour déterminer si le premier signal de détection est supérieur à un niveau de référence prédéterminé afin de produire un second signal de détectionen synchronisme avec la rotation de la roue et indicatif d'une portion plane-sur la roue supérieure à une longueur prédéterminée. L'invention et les-avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation développé ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les figures annexées dans les- quelles: la figure 1 est un diagramme montrant les accé- lérations et les contraintes produites pendant la rota- tion d'une roue présentant une portion plane, la figure 2 est un diagramme illustrant de manière 3 - schématique un dispositif détecteur de partie plate réa- lisé conformément à la présente invention; la figure 3 est une vue en élévation de la partie d'un train comportant un tel dispositif la figure 4 est un graphique de temps pour des signaux utilisés dans un tel dispositif la figure 5 est une représentation schématique d'une mémoire que comporte un tel dispositif la figure 6 est un graphique montrant la relation entre l'accélération et la vitesse d'un train. Les principes de la présente invention seront tout d'abord décrits en se reportant à la figure 1. Lorsqu'une partie plate présente sur la surface périphérique de la roue d'un train vient en contact avec le rail au temps tl,t 2 et ainsi de suite durant l'avance du train, des contraintes de cour- bure (a) et (b) se développent respectivement en deux points d'un axe supportant une paire de roues du train, l'accélération (c) déve- loppée à la surface supérieure d'un palier supportant une extrémité de l'axe et disposé de manière adjacente à la roue ayant la partie plane, l'accélération (d) développée à la surface d,'un palier sup- portant l'autre extrémité de l'axe et disposé de manière adjacente à la roue n'ayant pas de partie plate, la contrainte (e) développée dans une poutre montée sur un châssis du train et disposée de maniè- re adjacente à la roue présentant une partie plate, la contrainte (f) développée dans une poutre montée sur le châssis et disposée de manière adjacente à la roue ne présentant pas de partie-plate ainsi que la rotation de l'axe (g) varient, ainsi que cela est représenté à la figure 1 Par suite, lorsque la partie plate de la roue vient en contact avec le rail, 1 ' accélération représentative de vibra- tion et la contrainte de courbure varient de manière brusque Selon la présente invention, la par -ie plane de la roue est détectée en se servant de cette brusque variation dans l'accélération, la contrainte de courbure ou les bruits. La figure 2 est un diagramme d'un système de détection -4- d'une partie plate d'une surface périphérique d'une roue d'un train en contact avec un rail Un détecteur d'accé- lération ( 11) est monté sur la surface supérieure d'un palier de la roue afin de détecter une accélération de cette dernière, accélération qui représente une vibra- tion Un signal de sortie (Sl) du détecteur d'accélération ( 11) est amplifié par un circuit d'alimentation ( 12) (ou d'entrée) et est appliqué à deux circuits de main- tien de pointe ( 13) et ( 14) Les deux circuits de main- tien de pointe ( 13) et ( 14) sont rendus actifs en recou- vrement de telle sorte qu'ils maintiennent la pointe d'un signal de sortie ( 52) du circuit d'alimentation ( 12) Le signal de sortie ( 53) du circuit de maintien de pointe ( 13) et le signal de sortie ( 54) du circuit de maintien de pointe ( 14), chacun étant représentatif de la pointe du signal de sortie ( 52) sont appliqués à un mul- tiplexeur ( 15) en relation de recouvrement Un signal de sortie ( 55) du multiplexeur ( 15) est converti en une in- formation numérique EP 6 par l'intermédiaire d'un convertis- seur ( 16) analogique-numérique, ladite information digitale étant appliquée à une interface I/0 ( 17) Un détecteur de vitesse ( 18) sert à détecter la rotation de la roue et est constitué, par exemple, par un capteur d'impul- sions Un signal de sortie 58 du détecteur de vitesse ( 18) est soumis à une mise sous forme ondulatoire au travers d'un second circuit d'alimentation ( 19) et est appliqué à un compteur ( 20), ledit compteur ( 20) servant à compter les signaux 59 du second circuit d'alimentation ( 19) Une information de sortie 1)10 du compteur ( 20), représentative du nombre de signaux de sortie 59, est appliquée à un circuit d'enclenchement ( 21) qui fournit des informations Dll à l'interface I/0 ( 17) Le compteur ( 20) est également sensible au signal de sortie 59 du second circuit d'alimentation ( 19) pour fournir un si- gnal 510 à un générateur de signaux de temps ( 22) Le -5- générateur de signaux de temps ( 22) fournit des signaux de temps 512 a, 512 b, 512 c et 512 d en accord avec le si- gnal de sortie 510 du compteur ( 20) Les signaux de temps 512 a à S 12 d sont utilisés pour commander le circuit de maintien de pointe ( 13), le circuit de maintien de pointe ( 14), l'interface I/0 ( 17) et le multiplexeur ( 15)-res- pectivement. L'interface I/0 ( 17) fournit le signal de sortie D 6 du convertisseur analoqique-numérique( 16) et l'informa- tion de sortie Dll du circuit d'enclenchement ( 21) à ce circuit L'information de sortie de l'interface ( 17) est appliquée à une unité centrale de traitement ( 24) (désigné dans la suite de la description par l'abrévia- tion 'CPU") par l'intermédiaire d'un bus d'informations ( 23) L'information envoyée dans le CPU ( 24) est stockée dans la mémoire ( 25) grâce au bus ( 23). Le fonctionnement d'un tel dispositif de détection de portion plane sera maintenant décrit en se reportant aux figures 4 et 5 Lorsque la roue tourne, le détecteur de vitesse ( 18) fournit le signal 58 représentatif de la vitesse de rotation de ladite roue Le signal de sortie 59 du second circuit d'alimentation ( 19), correspondant à la vitesse détectée de rotation de la roue, est appli- qué au compteur ( 20) de telle sorte que ledit compteur ( 20) fournisse le signal 510 au générateur de signaux de temps ( 22) Le générateur de signaux de temps ( 22) est sensible au signal de sortie 510 du compteur ( 20) et fournit les signaux de temps 512 a à 512 d Le premier circuit de maintien de pointe ( 13) est mis en action durant une période Pl en réponse au signal de temps 512 a, ce circuit ( 13) étant rendu opérationnel à des interval- les de temps de la manière représentée à la figure 4. Ainsi que cela ressort de cette figure 4, les deux cir- cuits ( 13) et ( 14) sont rendus opérationnels en recou- vrement Les signaux de sortie 53 et 54 des deux -6- circuits ( 13) et ( 14), chacun de ces signaux étant re- présentatifs de la pointe d'accélération du palier por- tant la rouetsont appliqués au multiplexeur ( 15) Le multiplexeur ( 15) sélectionne les signaux de sortie 53, 54 alternativement en réponse au signal de temps 512 et fournit le signal 55 au convertisseur analogiquenumerique ( 16) Le convertisseur ( 16) fournit une information Dû à l'interface I/0 ( 17) en réponse au signal de temps 512 c (voir figure 4) Le compteur ( 20) compte également les impulsions du signal de sortie 59 du second circuit d'alimentation ( 19) ainsi que les informations de sortie D 10, représentatives du résultat de ce comptage, au cir- cuit d'enclenchement ( 21) Le circuit d'enclenchement ( 21) fournit une information représentative de ce compta- ge à l'interface I/0 ( 17). Le détecteur de vitesse ( 18) est conçu pour fournir soi- xante trois impulsions par tour de roue du train. Lorsque la vitesse de rotation de la roue atteint un niveau prédéterminé, le CPU ( 24) fournit l'information de sortie D 6 au convertisseur analogique-numérique ( 16) et l'information de sortie Dll au circuit d'enclenchement ( 21) par l'intermédiaire de l'interface ( 17) Les infor- mations Dll sont utilisées en tant qu'information-adresse et en accord avec ces informations Dll, les informations D 6 représentatives de l'accélération de la roue sont écrites séquentiellement dans la mémoire ( 25) Par exem- ple, l'information d'accélération D 6, fournie à partir du convertisseur ( 16), lorsque le détecteur de vitesse ( 18) fournit une première impulsion lorsque la vitesse du train atteint un niveau prédéterminé de 10 km/heure, est écrite 'dans l'adresse O de la surface L de la mémoire ( 25) (voir figure 5) Postérieurement, les infor- mations, correspondant respectivement à celles allant de la seconde à la soixante troisième impulsion provenant du détecteur de vitesse ( 18), sont écrites de manière 7 - séquentielle dans les adresse 1 à 62 de la surface L. A la fin de l'enregistrement des informations d'accélé- ration D 6 durant une première révolution de la roue, les informations stockées dans l'adresse O à 62 de la surfa-' ce L sont transférées en tant qu'adresses O à 62 de la surface M de la mémoire ( 25) sous la commande du CPU ( 24) De cette manière, les informations d'accélération D 6 durant une deuxième révolution de la roue sont écri- tes de manière séquentielle dans les adresses O à 62 de la surface L de la mémoire ( 25) Lorsque la seconde révo- lution de roue est terminée, les informations stockées dans les adresses O à 62-de la surface M sont transférées en tant qu'adresses O à 62 de la surface M de la mémoire ( 25) et les informations stockées dans les adresses O à 62 de la surface L seront transférées en tant qu'a- dresses O à 62 de la surface M En outre, les informa- tions d'accélération D 6 durant une troisième révolution de la roue sont écrites de manière séquentielle dans les adresses O à 62 de la surface L de la même manière que précédemment Le CPU ( 24) fonctionne de manière à déter- miner si les informations d 'accélération stockées dans l'adresse O de la surface L augmente de manière brusque par rapport à l'information d'accélération qui la précè- de immédiatement, c'est-à-dire de l'information d'accélération stockée dans l'adresse-62 de la surface M et détermine également si une différence parmi trois informations - d'accélération stockées respectivement dans les adresses 0 des surfaces L, M et N sont inférieures à un niveau de référence prédéterminé De cette manière, l'information d'accélération stockée dans chaque adresse de la surface L est contrôlée pour déterminer s'il y a une variation brusque par rapport à l'information d'accélération qui la précède immédiatement et, en même temps, trois informa- tions d'accélération stockées respectivement dans chacune des trois adresses correspondantes des surfaces L,M et N sont comparées avec une autre pour déterminer si une différence parmi elles est inférieure à un niveau de référence prédéterminé Lorsque l'information d'accélé- ration stockée dans n'im Doote quelle adresse de la surface L augmente brusquement par rapport à celle qui a été stockée dans l'adresse qui la précède immédiate- ment et lorsqu'une différence parmi les trois informa- tions d'accélération stockées respectivement dans trois adresses correspondantes des surfaces L,M et N est infé- rieure à un niveau de référence prédéterminé, le CPU ( 24) fournit un signal de détection plat à un circuit associé ( 27). Par ailleurs, même lorsque la roue ne présente pas de partie plane sur sa surface périphérique, l'accéléra- tion augmente également brusquement lorsque ladite roue passe sur le joint situé entre deux rails consécutifs. Cela est la raison pour laquelle le signal plat de détec- tion n'est pas fourni lorsqu' ne-différence parmi les trois informations d'accélération stockées dans les trois adresses correspondantes des surfaces L,M et N est supé- rieure au niveau de référence prédéterminé; Par suite, lorsqu'une partie plate se développe sur la surface péri- phérique de la roue, cela peut être détecté de manière précise. L'accélération (g) varie en fonction de la vitesse (v) du train et de la longueur de la partie plate sur la partie périphérique de la roue du train ainsi que cela est représenté à la figure 6 Lorsque la longueur de la partie plane varie de l'ordre de 15 mm, 30 mm, 45 mm, 60 mm et 75 mm, l'accélération (g) varie de la manière indiquée par les courbes L 2, L 3, L 4, L 5 et L 6 respecti- vement La courbe Ll de la figure 6 indique que l'accélé- ration (g) lorsqu'aucune partie plane n'est formée sur la surface périphérique de la roue Ainsi que cela ressort de cette figure 6, lorsque la vitesse (v) du train est -9- dans une fourchette spécifique, par exemple comprise entre 10 et 50 km/heure, l'accélération (g) est généra- lement proportionnelle à la longueur de la partie plane de la roue Par suite, la longueur de la partie plane peut être déterminée de manière approximative par l'ac- célération (g) en question. La mémoire ( 25) stocke également dans une autre sur- face plane des informations représentatives de longueur d'une partie plane de roue déterminée par l'accélération de la roue Lorsque une information d'accélération bru- tale est détectée pour produire le signal de détection plat mentionné précédemment, la mémoire ( 25) délivre à partir de la surface représentative d'informations de longueur de portion plane de roue correspondant à la moyenne des trois informations correspondantes mention- nées précédemment, stockées respectivement dans les trois adresses correspondantes des surfaces L, M et N de la mémoire ( 25) Cette information de longueur plane est fournie par l'intermédiaire de l'interface I/0 ( 17) à un dispositif d'affichage ( 28) destiné à afficher la longueur de la partie plate de la roue détectée. Ainsi, la longueur de la partie plane de la roue peut être facilement détectée. Selon une variante conforme à l'invention, le détec- teur d'accélération ( 11) est remplacé par un détecteur de-bruits permettant de détecter un bruit produit par le roulement de la roue sur le rail Ce détecteur de bruits est monté sur le châssis de train au voisinage de la roue. Dans ce mode de réalisation, les informations de bruits sont fournies par le convertisseur analogique-numérique ( 16) au CPU ( 24) au travers de l'interface I/O ( 17) sont trai- tées de la même manière que décrit dans le mode de réali- sation précédent afin de fournir un signal de détection plat. Selon une autre variante conforme à l'invention, le détecteur d'accélération ( 11) est remplacé par un détec- teur de contrainte permettant de détecter une contrainte produite sur l'axe supportant la roue Dans cette varian- te, les informations de contraintes fournies par le con- vertisseur analogique-numérique( 16) au CPU ( 24) par l'inter- médiaire d'un interface I/O ( 17) sont traitées de la même manière que dans les modes de réalisation précédem- ment afin'de fournir un signal de détection plat. _ il - REVENDICATIONS 1/ Dispositif permettant de détecter une partie plate d'une surface périphérique de roue d'un véhicule guidé par une voie ferrée, caractérisé par le fait qu'il comporte: (a) des moyens ( 11) pôur détecter une accélération représentative des vibrations de la roue, des contraintes déveloopées dans un élément support lié à la roue et un bruit produit bar le roule- ment de la roue sur le rail, afin de produire un premier signal de détection en réponse à un mouvement angulaire prédéterminé de ladite roue, (b) des moyens pour déterminer si le premier si- gnal de détection est supérieur à un niveau de référence prédéterminé afin de produire un second signal de détection en synchronisme avec la rotation de la roue et indicatif d'une por- tion plane sur la roue supérieure à une lon- gueur prédéterminée. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens permettant de déterminer si le premier signal de détection est supérieur à un niveau de référence prédéterminé, comportent une mémoire ( 25) permettant de stocker de manière séquentielle, sur une surface, les informations correspondant auxdits premiers signaux de détection produits par lesdits moyens de dé- tection durant chaque rotation de la roue ainsi qu'un moyen de commande permettant de produire un second signal de détection lorsqu'une quelconque information augmente brusquement par rapport à l'information immédiatement pré- cédente et lorsqu'une différence parmi n'importe quelle information et les informations, produites durant une pluralité de rotations précédentes de la roue et stockées dans les adresses de leurs surfaces respectives 12 correspondant à l'adresse de la surface dans laquelle ladite information est stockée est inférieure à un niveau prédéterminé. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de-détection comportent un détecteur de vitesse ( 18) permettant de produire un nombre prédéterminé de signaux d'impulsion durant chaque rotation de la roue et un compteur ( 20) pour transmettre les signaux dans la mémoire en fonction de ceux-ci pour écrire les informations, correspondant auxdits premiers signaux de détection durant chaque rotation de la roue, dans une surface de-cette mémoire. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les informations correspondant auxdits signaux de détection durant une rotation de la roue et qui sont stockés dans une surface de ladite mémoire sont transférés dans une autre surface de ladite mémoire de telle sorte que les informations, correspondant auxdits premiers signaux de détection durant la rotation suivante de la roue, soient écrites dans la première surface de la- dite mémoire. / Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la mémoire contient des informations de longueur plane représentatives d'un nombre de longueurs de partie plane déterminées par l'accélération, la con- trainte et le bruit, ladite mémoire délivrant une infor- mation de longueur plane représentative decla longueur de la partie plane de la roue lorsque ledit signal de détection plat est produit.