Brevet FR2683627A1 — publié le 19930514

L'invention concerne un dispositif de mesure pour la mesure en continu de dénivellations ondulatoires, notamment de l'usure ondulatoire de rails, dans la surface de roulement d'un rail d'une voie ferrée, comprenant une voiture de mesure présentant des galets à boudin pouvant rouler sur la voie ferrée ainsi qu'un châssis de voiture et un détecteur de distance disposé sur le châssis de voiture pour la mesure sans contact de la distance à laquelle se trouve le rail, ainsi qu'un dispositif pour enregistrer, traiter et émettre les signaux de mesure. Dans des rails de chemins de fer posés pour constituer une voie ferrée, des ondulations et des ondulations plus longues peuvent se produire du fait de l'usure, pour des raisons qui n'ont partiellement pas encore été explorées. En général, on désigne par ondulation des dénivellations périodiques d'ondes courtes de la surface de roulement de rail avec des amplitudes allant jusqu'à environ 0,4 mm et des longueurs d'onde allant jusqu'à environ 100 mm (cette longueur maximale, en fonction du mode d'appréciation, peut également aller jusqu'à 500 mm) Etant donné que ces déformations s'agrandissent avec le temps et provoquent des dommages augmentant progressivement dans la superstructure et les véhicules, il est important d'effectuer des mesures régulières afin de déterminer le moment le plus économique pour éliminer les ondulations, par exemple par meulage des rails. On connaît déjà par le document US-PS 4 288 855 un dispositif de mesure pour la mesure de l'usure ondulatoire de rails et également d'ondulations plus longues dans une surface de rail, dans lequel la voiture de mesure équipée de galets à boudin est tirée par un véhicule de voie ferrée à une vitesse donnée le long de la voie ferrée Sur le châssis de la voiture de mesure et dans la direction longitudinale des rails à une certaine distance l'un de l'autre sont disposés deux (ou dans un autre mode de réalisation trois) détecteurs de distance au- dessus d'un rail qui sont réalisés sous forme de capteurs électroniques sans contact et qui fonctionnent selon le principe du courant parasite Au moyen de ces détecteurs, on peut mesurer les amplitudes des ondulations ou des ondes à l'intérieur d'une zone longitudinale d'onde déterminée A ce sujet, la distance des détecteurs ou capteurs les uns par rapport aux autres est plus courte que la longueur d'onde la plus courte qui se présente dans cette zone longitudinale d'onde choisie Les capteurs sont reliés à un montage de mesure qui forme à l'aide d'un comparateur la différence des deux distances mesurées et détermine en même temps la longueur moyenne effective de l'onde saisie En tenant compte d'un coefficient de transmission qui dépend du rapport de l'écart des capteurs les uns par rapport aux autres à la longueur d'onde, on peut déterminer à partir de ces données la valeur effective de l'amplitude de la déformation de rail Du fait du montage des détecteurs de distance sur le châssis de voiture, celui-ci sert pratiquement de base de référence à laquelle se réfèrent les distances mesurées par rapport aux rails Cependant, étant donné que cette base de référence prend appui elle-même directement sur la voie ferrée, sa position relativement à la voie ferrée est influencée et modifiée par des défauts de voie ferrée existants, et également par les ondulations et ondes elles-mêmes, ce qui fausse dans une certaine mesure les résultats de mesure et on ne peut pas les utiliser comme valeurs absolues Les erreurs de mesure peuvent être diminuées certes en allongeant la base de mesure, mais on ne peut jamais les éliminer tout à fait. Un autre dispositif de mesure connu par le document AT-PS 390 626 présente un châssis qui prend appui sur la voie ferrée à mesurer par l'intermédiaire de galets disposés à ses extrémités et qui sert de base de mesure. Au milieu de cette base de mesure, on a disposé deux capteurs d'angle dont l'un mesure l'angle suivant lequel le châssis est incliné dans un système de coordonnées inerte Le deuxième capteur d'angle détermine l'angle suivant lequel un élément de surface du rail à mesurer est incliné par rapport au châssis. Ce deuxième capteur d&angle peut être réalisé sous forme d'élément palpeur ou peut également fonctionner, lorsque la surface de rail est suffisamment miroitante, sans contact selon le principe de l'optique d'auto-collimation Dans ce cas, un rayon lumineux est dirigé sur le rail et la réflexion de celui-ci est représenté sur un détecteur, par exemple une photo-diode sensible à la position. Un circuit d'exploitation additionne les signaux de départ des capteurs d'angle et les intègre dans le trajet parcouru par le dispositif La grandeur ainsi déterminée correspond à la courbe de profil déterminée sur la longueur de l'élément de surface mesuré Dans ce dispositif de mesure, la précision de mesure est également influencée négativement par d'éventuelles dénivellations du rail au voisinage des points d'appui des galets. Dans le document US-PS 4 922 752 on a décrit un dispositif pour la mesure et l'enregistrement des dénivellations d'une voie Un véhicule allongé, à quatre roues, présente dans sa zone médiane un capteur fixé sur son côté inférieur qui est constitué d'un émetteur laser dirigé sur la voie et d'un récepteur formant mémoire C C D Un codeur associé aux roues mesure le trajet parcouru. Les données saisies sont enregistrées à l'aide d'un enregistreur prévu sur le véhicule Ici également, le montage du capteur directement sur le châssis de véhicule a un effet défavorable car des fréquences propres perturbatrices du véhicule peuvent influencer négativement la précision de mesure du dispositif. La présente invention a pour objet la création d'un dispositif de mesure de l'usure ondulatoire de rails qui fournit des résultats de mesure plus précis et plus fiables ainsi que plus simple à traiter. Cet objet est réalisé dans un dispositif selon l'invention en ce que le détecteur de distance est placé dans un guidage linéaire relié au châssis de voiture de façon déplaçable dans la direction verticale vers le châssis de voiture ainsi que de façon à amortir les vibrations. L'avantage particulier d'une telle disposition ou choix d'emplacement du détecteur de distance consiste en ce que celui-ci peut ainsi être isolé dans la plus grande mesure du possible contre les influences perturbatrices qui nuisent à la précision de mesure De telles influences résultent par exemple de vibrations de toutes sortes que subit le châssis de voiture de la voiture de mesure lorsque les roues à boudin de celle-ci roulent sur une surface de rail qui n'est pas plate. Evidemment, ceci est le cas particulièrement lors de la mesure de l'usure ondulatoire car c'est précisément dans ce cas o il faut s'attendre à l'apparition répétée d'inégalités ondulatoires sur le rail, et de ce fait le châssis de voiture ne peut pas être utilisé comme base de mesure fiable restant constante La disposition anti-vibratile crée en quelque sorte un système inerte pour le détecteur de distance indépendant de la voiture de mesure et qui peut déterminer de cette manière de façon continue et pratiquement sans être gênée par les vibrations la distance par rapport à la surface de roulement du rail, en particulier lors d'un parcours de mesure effectué à plus grande vitesse Le guidage linéaire assure le déplacement du détecteur seulement dans la direction verticale, tandis que la position horizontale de celui-ci, notamment relativement à la surface de rail à mesurer, reste constante et assure ainsi une mesure ininterrompue. Selon des développements supplémentaires avantageux de l'invention, le détecteur de distance est relié à une masse auxiliaire qui est disposée de façon déplaçable verticalement sur le guidage linéaire au moyen d'un ressort souple, notamment d'un ressort à air et d'un amortisseur, et la masse auxiliaire reliée au détecteur de distance présente une fréquence d'oscillation propre comprise entre environ 1 et 2 Hz, ce qui fournit la possibilité surprenante de pouvoir enregistrer l'usure ondulatoire des rails en ce qui concerne sa forme pratiquement sans déformation La masse auxiliaire oscille du fait de l'inertie de masse avec une très faible fréquence et absorbe dans ce cas les vibrations et oscillations transmises par la voiture de mesure ou le châssis de voiture Par conséquent, le signal de mesure émis par le détecteur de distance est constitué de deux composants: l'oscillation lente et relativement constante de la masse auxiliaire et les modifications du signal de distance au contraire relativement rapides des ondulations mesurées, la vitesse de ces modifications étant en rapport direct avec la vitesse du parcours de mesure Du point de vue technique ce n'est pas un problème de séparer ces composants de signal superposés ou de filtrer le signal de mesure des ondulations qui correspond alors à la forme réelle des ondulations. Conformément à un autre développement supplémentaire avantageux de l'invention, il est prévu sur chaque côté longitudinal du châssis de voiture dans la région au-dessus de la surface de roulement de chaque rail, respectivement un détecteur de distance réalisé sous forme de dispositif de mesure de distance à laser, ce qui permet de mesurer de manière avantageuse et en utilisant la technologie à laser fiable et qui a fait ses preuves les deux rails d'une voie ferrée en un seul parcours de mesure. Selon un développement ultérieur de l'invention, la voiture de mesure est pourvue d'une roue de mesure de déplacement présentant un codeur de priorité destiné à émettre des impulsions de déplacement, ce qui permet d'attribuer sur la longueur les mesures de distance des ondulations et ultérieurement l'enregistrement sans déformation des ondulations également relativement à leurs positions. Selon un autre développement avantageux de l'invention, le dispositif de traitement des signaux de mesure émis par les dispositifs de mesure de distance à laser présentent un filtre, en particulier un filtre passehaut électronique ainsi qu'un enregistreur Un tel filtre passe-haut, par exemple un filtre du type de Butterworth de quatrième ordre avec une fréquence limite de 2 Hz par lequel on fait passer les signaux de mesure vers le traitement, peut isoler surement le signal ondulatoire concerné du signal composé qui est ensuite enregistré par l'enregistreur en quelque sorte comme représentation à l'échelle des ondulations de rail. Selon un autre développement de l'invention, un dispositif d'arrêt est prévu pour la liaison fixe amovible de la masse auxiliaire avec le guidage linéaire, ce qui permet d'utiliser le dispositif de mesure également selon la manière conventionnelle pour effectuer une mesure dite de hauteur de flèches. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé, donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lequel: la figure 1 est une vue de côté dune voiture de mesure réalisée selon l'invention d'un dispositif de mesure pour la mesure de l'usure ondulatoire de rails; la figure 2 est une vue de dessus de la voiture de mesure selon la figure 1; et la figure 3 est une représentation schématique de l'allure de signaux de mesure avec des diagrammes expliquant le traitement des signaux. Sur les figures 1 et 2 on voit une voiture de mesure 1 qui fait partie d'un dispositif de mesure 2 pour la mesure continue d'ondulations 3 dans la surface de roulement 4 dun rail 5 d'une voie ferrée 6 La voiture de mesure 1 présente un châssis de voiture 7 ainsi que des roues à boudin 8 pouvant rouler sur les rails 5 et est accouplée par l'intermédiaire d'une barre dattelage 9 à un véhicule 10 qui n'est pas représenté plus en détail et qui est déplaçable par roulement sur la voie ferrée 6 Sur celui-ci se trouve de plus un dispositif 11 destiné à l'enregistrement, au traitement et à l'émission de signaux de mesure et qui sera expliqué encore plus en détail à l'aide de la figure 3. Sur le châssis de voiture 7 est disposé un guidage linéaire 13 constitué de tiges de guidage 12 verticales se trouvant à une certaine distance les unes des autres Les extrémités supérieures des tiges de guidage 12 sont reliées les unes aux autres et stabilisées au moyen d'une poutre 14 s'étendant dans la direction longitudinale de la voiture Entre les tiges de guidage 12 ou entre le châssis de voiture 7 et la poutre 14 se trouve une masse auxiliaire 15 qui est disposée de façon déplaçable dans la direction verticale sur le guidage linéaire 13 au moyen de garnitures ou de gaines coulissantes 16 (voir la flèche 17 sur la figure 1) La masse auxiliaire 15 est reliée par un ressort à air 18 à la poutre 14 et est suspendue sur celle-ci à ressort Un amortisseur 19 est également disposé entre la masse auxiliaire 15 et la poutre 14 et ralentit ou freine le mouvement d'oscillation verticale de la masse auxiliaire La masse auxiliaire 15, la force portante du ressort à air 18 et l'action de l'amortisseur 19 sont dimensionnées et accordées de telle façon les unes aux autres que lorsque la voiture de mesure 1 se déplace le long de la voie ferrée 6, la masse auxiliaire oscille en raison de l'inertie de masse (système d'inertie) avec une fréquence propre d'environ 1 à 2 Hz. Aux deux côtés longitudinaux opposés l'un à l'autre dans la direction transversale de voie ferrée de la voiture de mesure 1 est fixé respectivement, un détecteur de distance 20 fonctionnant sans contact sur la masse auxiliaire 15 et, pour la mesure de la distance par rapport au rail est disposé selon un centrage précis au-dessus de la surface de roulement 4 d'un rail 5, respectivement Dans le présent exemple de réalisation, les détecteurs de distance sont réalisés sous forme de dispositifs de mesure de distance à laser 21 qui sont reliés par un circuit d'acheminement des signaux 22 au dispositif 11 sur le véhicule 10 et peuvent déterminer de façon précise la distance par rapport à la surface de roulement 4 du rail au moyen d'un rayon laser 23 dirigé sur celui-ci et réfléchi. L'un des galets à boudin 8 est réalisé en outre sous forme de roue de mesure de déplacement 24 et est équipé d'un codeur de priorité 25 pour émettre des impulsions de déplacement qui sont transmises par un circuit dacheminement des signaux 26 au dispositif 11 pour le traitement. A l'aide de l'allure des signaux de mesure représentée schématiquement sur la figure 3 on expliquera maintenant le fonctionnement du dispositif de mesure 2 Le dispositif de mesure de distance à laser 21 mesure de façon continue la distance d par rapport à la surface de roulement 4 du rail 5 tandis qu'il est déplacé à une vitesse de mesure de, par exemple, 10 km/h le long de la voie ferrée 6 Lors de la présence d'ondulations 3 la distance d est modifiée d'une fréquence f dépendant de la longueur d'ondulation Lorsque les ondulations, mesurées dans la direction longitudinale de voie ferrée, ont une longueur comprise, par exemple, entre 5 cm et 50 cm, il en résulte, à la vitesse de mesure indiquée, une fréquence de mesure f d'environ 5 à 60 Hz, à laquelle le signal de mesure est acheminé par le circuit d'acheminement des signaux 22. Cette fréquence de mesure est encore superposée par la fréquence d'oscillation propre basse de 1 à 2 Hz de la masse auxiliaire 15 à laquelle le dispositif de mesure de distance à laser 21 est solidement relié Le diagramme A représente ce signal composé, dlmml représentant la distance mesurée en millimètres et slmj le trajet parcouru en mètres qui est enregistré par la roue de mesure de déplacement 24 et le codeur de priorité 25, respectivement. Ensuite, le signal arrive à un filtre passe-haut 27 électronique, par exemple un filtre du type de Butterworth de quatrième ordre associé au dispositif 11, avec une fréquence limite de 2 Hz qui est destiné à séparer les deux composants du signal de mesure composé Le diagramme B représente la caractéristique de filtre du filtre passe-haut 27 selon laquelle toutes les fréquences f qui se situent en-dessous d'une fréquence limite fg de 2 Hz sont sorties par filtrage On amplifie seulement les fréquences plus élevées entièrement (v) et on les amène pour l'enregistrement et l'émission, respectivement, à un enregistreur 28 Le diagramme C montre le signal de mesure en résultant qui correspond donc aux ondulations 3 sans être déformées aussi bien en ce qui concerne leur hauteur r en millimètres que leur position relativement à la longueur A la place de l'enregistreur 28 on peut également envisager l'utilisation d'un autre appareil d'enregistrement, comme par exemple un ordinateur, dans lequel peuvent être traitées les données de mesure Un tel traitement ultérieur pourrait se faire, par exemple, par le calcul de l'amplitude moyenne des ondulations ou par le calcul des longueurs d'onde proportionnelles et des amplitudes à l'aide de la transformation de Fourier (formation du spectre de fréquences) La vitesse de mesure du dispositif n'est limitée pratiquement que par la vitesse de l'émission des données. Le dispositif de mesure peut être utilisé, en plus, pour exécuter une mesure des ondulations sous forme d'une mesure de hauteur de flèches Pour ce faire, la masse auxiliaire 15 est fixée au moyen d'un dispositif d'arrêt 29 (figure 1) sur le guidage linéaire 13, par quoi le détecteur de distance 20 est relié solidement au châssis de voiture 7 Celui-ci devient alors la base de référence pour la mesure des ondulations de la manière conventionnelle. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure ( 2) pour la mesure continue de dénivellations ondulatoires, notamment de l'usure ondulatoire de rails ( 3), dans la surface de roulement ( 4) dun rail ( 5) d'une voie ferrée ( 6), comprenant des galets à boudin ( 8) pouvant rouler sur la voie ferrée ( 6) ainsi qu'une voiture de mesure ( 1) présentant un châssis de voiture ( 7) et un détecteur de distance ( 20) disposé sur le châssis de voiture ( 7) pour la mesure sans contact de la distance par rapport au rail ( 5), ainsi qu'un dispositif ( 11) pour l'enregistrement, le traitement et l'émission des signaux de mesure, caractérisé en ce que le détecteur de distance ( 20) est disposé dans un guidage linéaire ( 13) relié au châssis de voiture ( 7) de façon déplaçable dans la direction verticale vers le châssis de voiture ( 7) ainsi que de façon à amortir les vibrations. 2 Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de distance ( 20) est relié à une masse auxiliaire ( 15) qui est disposée de façon déplaçable verticalement sur le guidage linéaire ( 13) à l'aide d'un ressort souple, notamment d'un ressort à air ( 18) et d'un amortisseur ( 19). 3 Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que la masse auxiliaire ( 15) reliée au détecteur de distance ( 20) présente une fréquence d'oscillation propre d'environ 1 à 2 Hz. 4 Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu sur chaque côté longitudinal du châssis de voiture ( 7) dans la zone au-dessus de la surface de roulement ( 4) de chaque rail ( 5), respectivement, un détecteur de distance ( 20) réalisé sous forme de dispositif de mesure de distance à laser ( 21). Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la voiture de mesure ( 1) est équipée d'une roue de mesure de déplacement ( 24) présentant un codeur de priorité ( 25) pour l'émission des impulsions de déplacement. 6 Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif ( 11) pour le traitement des signaux de mesure émis par les dispositifs de mesure de distance à laser ( 21) présente un filtre, notamment un filtre passe-haut ( 27) électronique, ainsi qu'un enregistreur ( 28). 7 Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif d'arrêt ( 29) pour la liaison fixe amovible de la masse auxiliaire ( 15) avec le guidage linéaire ( 13).