Brevet FR2651730A1 — publié le 19910315

Ls pressente invention concerne un dispositif de mesure de largeur de frottement d'un fil conducteur d'énergie électrique du type caténaire. L'invention est utilisable pour le contrôle rapide de l'usure des fils caténaires d'alimentation de chemins de fer électrifiés, effectué ligne électrique sous tension. Actuellement le contrôle de la largeur de frottement du fil caténaire ne peut s'effectuer avec précision et rapidité car les signaux émis par les capteurs à conversion électrique sont perturbés par la présence de la tension élevée du fil caténaire et des courants fluctuants le parcourant. La mesure précise de cette largeur est exécutée lorsque la ligne est mise hors tension, ce qui nécessite l'arrêt du trafic. Le dispositif selon l'invention comporte des moyens qui remédient a ces inconvénients. Il permet ainsi le contrôle et la mesure de la largeur du fil caténaire, ligne sous tension et à grande vitesse. Il comporte un frotteur perpendiculaire à la ligne à contrôler, constitué d'un cylindre creux ovale fendu selon une génératrice en contact avec le fil caténaire et obturé aux deux extrémités. Un orifice est ménagé sur une des faces latérales du cylindre creux. Selon l'1nvention, cet orifice est relié à un tuyau d'arrivée d'air, qui, avant de s'écouler dans la partie creuse du cylindre, traverse un tube de faible diametre et de grande longueur provoquant une perte de charge capillaire de l'air, telle que si P1 est la pression intérieure au tuyau d'arrivée d'air et si P la pression régnant dans la partie creuse > le débit Q soit donné par la relation: Q=ki x m (Pi-P) (avec m = longueur du capillaire) Le terme kl dépend de la section interne du capillaire et de la température de l'air. L'air s'échappe par la longueur de fente pratiquée en partie supérieure non obturée par le fil caténaire . La perte de charge provoquée par cette fente dépend donc de la largeur du plat du fil caténaire obturant la fente. Selon l'invention, la fente ménagée est petite et la perte de charge qu'elle provoque est laminaire. Ainsi, si P est la pression relative intérieure au cylindre, L la longueur de la fente, e la largeur du fil caténaire, Q le débit voluimique d'air s'échappant par la fente, la relation liant ces paramètres est donnée par: Q = (L - e)x k2 x P Le terme k2 dépendant de la largeur et de la profondeur de la fente et de la température de l'air. Selon l'invention, la pression P régnant dans la partie creuse est reliée à la pression relative génératrice de l'air P1 du tuyau d'arrivée d'air. Elle est donnée par la relation suivante issue des deux relations précédentes: (L-e)k2xP= klx(PI-P) soit donc P= P1 xki m k2 (L-e) + kix m Afin de linéariser et d'augmenter la précision et la résolution de la mesure, le dispositif selon l'invention comporte un assemblage particulier appelé communément montage en pont constitué d'une part du cylindre cl-dessus et de son capillaire associé, et d'autre part d'un autre ensemble cylindre et capillaire associé strictement identique au précédent, non au contact du fil caténaire mais solidaire du premier, et alimenté par la même pression d'air P1.Ainsi la pression régnant dans la partie creuse de ce deuxième cylindre est donnée par: p' = P1xk1xm k2 xL + K1xm Deux tuyaux identiques de faible diamètre relient chacune des deux parties creuses des 2 cylindres aux 2 orifices d'un capteur manométrique différentiel rapide, à conversion électrique ou numérique directement raccordable à une station d'enregistrement analoglque ou numérique. Ainsi la pression différentielle P'-P est donnée par: P' - P = P1 K1 k2mxe (k2L + kim) x (k2 (L+e) + kl m) qui, en remarquant que la longueur L est très supérieure à e > se simplifie et donne: Pi P1 xki k2m xe (k2 L + kim)2 Selon l'invention, les zônes créant les pertes de charge étant à une température strictement identique par construction, les coefficients kl et k2 sont invariables et la précision de la mesure de e fournie par la relation ci-dessus est excellente. Selon l'invention, un filtre anti-poussière constitué d'un alliage métallique poreux est placé en amont des 2 tuyaux d'arrivée d'alr. Selon l'invention un perfectionnement utile est constitué d'un second capteur manométrique différentiel dont les caractéristiques de réponse temporelle sont identiques au premier. Il mesure constamment la pression relative P 1. Selon l'invention, un calculateur effectue à chaque instant le rapport (P P') /P 1 qui est directement proportionnel à 1a valeur e. Selon l'invention, ce second capteur manométrique renseigne accessoirement sur l'état de colmatage du filtre poreux. Une description préférentielle de l'invention est représentée sur les figures annexées. La figure 1 représente le schéma fonctionnel du dispositif selon l'invention. Un compresseur muni de son réservoir de lissage des ondulations de pression rsiduelles, de son filtre deshuileur, de son séparateur d'eau et de son dessicateur (1) alimente un manodétenduG2%Iva4uanodétendeur est relié à un filtre poreux (3) éliminant toutes les particules pouvant provoquer le colmatage des tubes capillaires (4) et (5). Les cylindres (6) et (7) sont représentés coupés selon une perpendiculaire a leur axe, et le cylindre (6) est représenté au contact du fil caténaire (8). Le capteur manométrique différentiel (9) est raccorde d'une part à l'aval du filtre poreux et d'autre part 9 l'air libre. Le capteur manométrique (10) est raccordé aux 2 sorties des tubes capillaires (4 )et (5). Un mode de realisation préférentielle, selon l'invention, du cylindre à génératrice ovale consiste à écraser un tube cylindrique calibré d'épaisseur comprise entre 4 et 6 milimmètres. La fente (12) d'épaisseur comprise entre 0,2 et 0,3 mm est obtenue par forage et fusion laser. La surface de contact (II) avec le fil caténaire est rectifiée afin d'assurer un contact parfait et de corriger ultérieurement les usures par rectification supplémentaire. La figure 2 exprime le principe de la mesure utilisée. La figure 3 montre le tube capillaire (4), la prise de pression (13) et la chambre d'arrivée de pression (16). Les raccords d'étanchéité des différents tubes ne sont pas représentés car bien connus de la technique. Les 2 faces latérales du cylindre ovale sont obturées par des pièces de forme (14 ) et (15) soudées au cylindre. Selon l'invention} les matériaux métalliques utilisés seront choisis de préférence parmi la gamme des matériaux inoxydables. La figure 4 represente l'aspect mécanique du systéme pantographe en vue de face, la figure 5 en coupe AA. Les bras articulés (17) et (18) viennent plaquer la structure isolante (19) sur le fil caténaire qui s'appuie sur le cylindre ovale (6), prolongé par les 2 cornes (20 et (21). Selon l'invention, la position verticale de la structure (19) est assurée par un ensemble de 2 courroies crantées (22) et (23) et 3 poulies (24), (25) et (26), la poulie (24) étant solidaire du toit de la voiture (27), la poulie (26) étant solidaire de la structure (19). Pour faciliter la compréhension, le mécanisme qui déploie le pantographe, vérin pneumatique ou hydraulique par exemple ou tout autre mécanisme connu n'est pas représenté. Le bloc de répartition et de collection (28) est relié à une gaine (29) traversant le toit de la voiture (27) et fixée aux bras (17) et (18) par les serrecables (30) et (31). Ce bloc de répartition et collection (28) est représenté figure 6. Le filtre poreux (3) est traversé par l'air sous pression provenant du tube souple (33). L'air est ensuite distribué à la même pression Pi à l'extrémité de chaque tube capillaire (4) et (5), par 2 canaux forés dans le bloc répartiteur (38) et (39). Le tube (32) est relié à la cavité située en aval du filtre poreux (28) par un forage non represente debouchant dans la cavité torique (40). Le tube (36) est réuni par un forage vertical non représenté et un forage horizontal (41) (représenté en pointillé figure 7) à l'air ambiant, perpendiculaire à une face du répartiteur, cette dernière étant parallèle à la voie. L'autre extrémité des 2 tubes (36) et (41) est réunie au capteur manométrique différentiel (9) (figure 1). Le tube (34) est réuni par un forage (42) représenté en traits pointillés à la cavité (43) elle-même en communication par le tube rigide (44) avec l'espace intérieur du cylindre (6). De la même façon le tube (35) est réuni à la cavité (45) elle-même en communication par le tube rigide (46) avec l'espace intérieur du cylindre (7). L'autre extrémité des tubes (34) et (35) est réunie au second capteur manométrique différentiel (10). Les 5 tubes souples (32, 3 34, 35, 36) sont confinés dans un fourreau (29) et immobilisés par plusieurs serre-cables identiques au serre-cable (49). Ce fourreau continue jusqu'après la traversée par les tubes de la paroi de la voiture (27) représentée figure 1, située en dessous. La figure 7 représente une vue de dessous du répartiteur (28) seul. La figure 8 représente schématiquement les capteurs (9) et (10) dont les signaux de sortie sont numérisés par le convertisseur analogique numérique multivoies (37) puis traité par un calculateur numérique (47) lui-même stockant les résultats de la division k x (P-P')/P1 sous forme numérique dans un enregistreur (48) communément appelé sous le terme générique de mémoire de masse. REVENDICATIONS 1) Dispositif destiné à la mesure de la largeur du fil conducteur caténaire de chemin de fer caractérisé en ce qu'il utilise l'énergie de l'air comprimé et qu'il comporte 2 cylindres creux à génératrice ovale fendus selon une génératrice dont un est en contact avec le fil à mesurer, réunis à 2 tubes capillaires, un filtre poreux et 2 capteurs manométriques différentiels. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cylindres creux comportent en leur partie creuse un tube capillaire d'alimentation en air débouchant dans cette partie creuse et une prise de pression de la partie creuse. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les cylindres creux sont obtenus par écrasement de tubes cylindriques. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fente selon la génératrice des cylindres ovales) située sur le rayon de plus grande courbure de l'ovale est obtenue par usinage par fusion par rayon laser. 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les 2 cylindres creux sont réunis solidairement ensemble, l'un au dessous de l'autre, à l'extrémité d'un mécanisme pantographe, de telle façon que la fente du premler soit au contact du fil catenaire, et que la fente du second soit située dans une position identique mais plus basse. 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le pantographe comporte 2 bras, 3 poulies dont une liée à la voiture et une autre liée a la structure de mantlen des cylindres ovales) et 2 courroies crantées reliant les poulies 2 à 2. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau constructif des parties en contact avec l'air sous pression et le fil caténaire est en matériau inoxydable. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte 2 capteurs manométriques différentiels mesurant l'un la pression d'alimentation des cylindres, l'autre la différence de pression entre les 2 parties creuses des 2 cylindres. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le rapport des valeurs mesurées par les 2 capteurs ci-dessus indique la largeur de la partie du fil caténaire en contact. 10) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'une face plane est usinée sur les 2 cylindres ovales, perpendiculairement à la fente, par rectification lors de la première installation et chaque fois qu'une usure trop importante de cette face perturbe la qualité de la mesure.