Brevet FR2689242A1 — publié le 19931001

L'invention concerne le contrôle des contraintes résiduelles des roues équipant des essieux montés de chemin de fer. A des intervalles de temps réguliers, on fait subir aux roues équipant des essieux montés de chemin de fer des contrôles qui consistent notamment à mesurer les contraintes résiduelles dans les jantes. Pour celà, on meule localement la surface des jantes On applique, sur la surface meulée, un palpeur à ultrasons à onde de cisaillement orienté dans une première direction puis orienté dans une direction perpendiculaire, on mesure l'épaisseur de la jante et on détermine l'écart de vitesse des ondes ultrasonores entre les deux orienta- tions perpendiculaires. Toutes ces opérations sont faites manuellement et sont relativement lentes, ce qui est un inconvénient lorsqu'il y a un nombre important de roues à contrôler. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un moyen automatique pour effectuer les contrôles des jantes de roues de chemin de fer. A cet effet, l'invention a pour objet un dispo- sitif de mesure automatique des contraintes résiduelles dans la jante d'une roue d'un essieu monté de chemin de fer comportant deux roues reposant chacune sur un rail, caractérisé en ce qu'il comprend le rail de support de la roue, des moyens de support et de levage reposant sur une surface sensiblement horizontale située à un niveau inférieur au rail et disposés sensiblement à l'aplomb du rail, un châssis monté sur les moyens de support et de levage, de manière à être réglable en hauteur, deux jeux de glissières fixées sur le châssis, dans une direction parallèle au rail, disposés de part et d'autre du rail, deux chariots montés mobiles en translation sur les glissières, des moyens de déplacement des chariots, deux dispositifs de meulage, portés chacun par un chariot et montés mobiles sur le chariot, dans une direc- tion perpendiculaire aux glissières, des moyens de déplacement des dispositifs de meulage, un dispositif de contrôle par ultrasons monté mobile en translation sur l'un des deux chariots, dans une direction perpendiculaire aux glissières, des moyens de déplacement du dispositif de contrôle par ultrasons, entre une position de service en contact avec la jante de la roue et une position de retrait, deux détecteurs de' position de type mécanique, montés mobiles chacun sur un chariot, dans une direction perpen- diculaire aux glissières et des moyens de déplacement des détecteurs entre une position effacée et une position en appui contre la jante de la roue, les deux détecteurs se trouvant en vis-à-vis de part et d'autre de la roue. De préférence, les moyens de support et de levage du châssis sont des vérins à vis synchronisés entre eux et les moyens et dispositifs de déplacement en trans- lation des chariots, des dispositifs de meulage, du dispositif de contrôle par ultrasons et des détecteurs de position mécaniques sont des vérins pneumatiques. Le dispositif de contrôle par ultrasons comporte une tète émettriceréceptrice d'ondes ultrasonores de cisaillement montée rotative autour d'un axe horizontal parallèle à l'axe de déplacement du dispositif de contrôle par ultrasons, un moyen de mise en rotation de la tête émettrice-réceptrice et un moyen de distribution de fluide de couplage. De préférence, le moyen de mise en rotation de la tête émettriceréceptrice est un vérin pneumatique quart de tour et le moyen de distribution du fluide de couplage est une pompe doseuse prolongée par un tube débouchant au droit de la tête émettrice-réceptrice. Le dispositif comporte en outre des moyens électropneumatiques et électroniques de commande De préférence, le moyen électronique de commande est un microprocesseur. Le rail qui se situe au- dessus du dispositif comporte, au droit du dispositif, une entaille en V sur sa partie supérieure. Ce dispositif permet de réaliser automatiquement et rapidement le contrôle de contraintes résiduelles dans la jante d'une roue d'un essieu monté de chemin de fer. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en regard des figures annexées dans lesquelles: la figure 1 est une vue en élévation du dispo- sitif selon l'invention, la figure 2 est une vue de dessus. Le dispositif selon l'invention comporte un châssis 1 rectangulaire constitué de deux poutres longitu- dinales 2, 2 ' et de deux poutres transversales 3, 3 ' Les poutres longitudinales 2 et 2 ' s'étendent au-delà des poutres transversales 3 et 3 ', pour former des supports 4 a, 4 b, 4 'a, 4 'b percés de trous 5 a, 5 b, 5 'a, 5 'b Le châssis 1 est posé sur quatre vérins à vis 6, 6 ' (deux seulement sont visibles sur la figure 1) dont les vis 7, 7 ' passent pas les trous 5 a, 5 b, 5 'a, 5 'b. Par l'intermédiaire des supports 4 a, 4 b, 4 'a, 4 'b, le châssis 1 repose sur les écrous 8, 8 ' des vérins à vis Ces écrous sont fixés par des vis non représentées aux supports 4 a, 4 b, 4 'a, 4 'b. Les vis du vérin à vis peuvent être mises en rotation par des moteurs non représentés munis d'un dispositif de commande Ils sont synchronisés entre eux. Chaque poutre longitudinale 2, 2 ' porte deux glissières 8 a, 8 b, 8 'a, 8 'b parallèles aux poutres et maintenues par des supports 9 a, 9 b, 9 'a, 9 'b fixés par des vis non représentées sur les poutres longitudinales Les glissiè- res s'étendent sensiblement sur toute la longueur de l'espace entre les poutres transversales. Chaque série de glissières 8 a, 8 b et 8 'a, 8 'b porte un chariot coulissant 10, 10 ' Pour chaque ensemble chariot-glissière, un vérin pneumatique 11, 11 ' fixé d'une part sur le châssis, d'autre part aux chariots, assure le déplacement en translation du chariot correspondant. Le chariot situé à gauche sur la figure 2 porte un dispositif de meulage 12 ' monté coulissant et un ensemble de contrôle par ultrason 13 ' monté sur un support coulissant 14 '; le dispositif de meulage et le support coulissant sont montés mobiles en translation dans une direction perpendiculaire à la direction des glissières 8 'a, 8 'b. Le chariot situé à droite sur la figure 2 porte un dispositif de meulage 12 identique à l'ensemble de meulage 12 ' mais disposé symétriquement par rapport au plan médian de la machine parallèle aux glissières 8 a, 8 b, 8 'a, 8 'b Ce chariot porte également un support coulissant 14 identique au support 14 ' mais disposé symétriquement par rapport à l'axe de la machine. Les supports 14 et 14 ' portent des détecteurs de position constitués par des palpeurs mécaniques 15 et 15 ' dont la position est repérée par des règles optiques dont les signaux peuvent être envoyés à un microprocesseur. Les deux dispositifs de meulage étant identiques on n'en décrira qu'un seul, l'ensemble de droite. Le dispositif de meulage 12 comporte une meule 16 en forme de disque montée rotative autour d'un axe 17 entraîné par un moteur 18 La meule 16 est partiellement entourée par un capot 19 L'ensemble moteur est fixé sur deux tiges 20 et 21 montées coulissantes dans le chariot 10. Le chariot 10 comporte deux parties en saillie 22 et 23 percées de trous 24 et 25 dans lesquels coulis- sent les tiges 20 et 21 Ces tiges coulissent dans une direction perpendiculaire aux glissières 8 a, 8 b et paral- lèlement au plan d'appui du châssis. Du côté opposé à la meule 16, les tiges 20 et 21 sont reliées par une traverse 26 à laquelle est fixée l'extrémité de la tige 27 d'un vérin pneumatique 28 fixé sur le chariot 10. Les supports 14 et 14 ' sont identiques On ne décrira que le support 14 ' et son montage, ce support 14 ' portant le dispositif de contrôle par ultrasons. Le support 14 ' est une plaque rectangulaire munie à sa partie inférieure de quatre pattes 30, 31 (deux seulement visibles) et à sa partie supérieure de deux paliers 32, 33 Deux tiges 34 a et 34 b sont fixées aux pattes 30 et 31 et coulissent dans des parties en saillie (une seule visible) du plateau 10 ' Les tiges 34 a, 34 b sont reliées à une de leurs extrémités par une traverse 36 à un vérin pneumatique 37 Le corps de ce vérin est fixé sur le plateau 10 ' et permet d'assurer une translation du support 14 ' perpendiculairement à la direction des glis- sières 8 'a, 8 'b. Un dispositif de contrôle par ultrasons à ondes de cisaillement 38 de forme cylindrique est engagé dans les paliers 32 et 33 de façon à pouvoir tourner sur lui- même autour de son axe Ce dispositif possède à une de ses extrémités une tête active 39 émettrice-réceptrice d'ondes ultrasonores de cisaillement L'autre extrémité est reliée à un vérin pneumatique quart de tour 40 Au-dessus du vérin est placée une pompe doseuse 41 dont le refoulement est prolongé par un tube 41 ' dont l'extrémité 42 débouche à proximité de la tête active 39. Les meules, la tête active du dispositif de contrôle par ultrason et les palpeurs mécaniques sont placés tous dans un même plan parallèle au plan du châssis 1. L'ensemble des vérins et des moyens de mesure sont reliés à des dispositifs électropneumatiques 100 et électroniques 101 qui permettent d'effectuer tous les mouvements automatiquement. Le dispositif décrit repose par l'intermédiaire des vérins à vis 6, 6 ' sur une surface horizontale 51 sous un rail 50 d'une voie de chemin de fer Ce rail 50 com- porte une encoche en V Le rail 50 est dans l'axe de la machine et parallèle aux glissières 8 a, 8 b, 8 'a, 8 'b. L'encoche du rail est à peu près au milieu du dispositif. Pour faire un contrôle, on procède comme suit: En le faisant rouler sur la voie ferrée, on amène un essieu monté 52 et on l'arrête lorsqu'une des roues 54 est dans l'entaille en V, ainsi l'essieu monté est positionné par rapport à la machine; A l'aide des vérins à vis 6, 6 ' on ajuste la hauteur du châssis 1 pour que les meules, le dispositif de contrôle par ultrasons et les palpeurs mécaniques soient à la hauteur de la jante 54 a de la roue 54. A l'aide des vérins 11 et 11 ' on amène les meules 16, 16 ' en face de la jante de la roue. A l'aide des vérins 28, 28 ' on applique les meules 16, 16 ' qui sont en rotation sur la jante 54 a de la roue 54 et, simultanément, à l'aide des vérins 11 et 11 ', on fait effectuer aux meules un léger mouvement de va et vient, puis on écarte les meules de la jante. A l'aide des vérins 11 et 11 ' on amène les palpeurs 15, ' en face de la zone meulée de la jante et avec les vé- rins 37 et 37 ' on applique les palpeurs contre la jante; on mesure la position des palpeurs, ce qui permet de déterminer l'épaisseur de la jante qu'on enregistre; puis on écarte les palpeurs. A l'aide des vérins 11 et 11 ' on amène la tête de contrôle à ultrasons 39 en face de la zone meulée, à l'aide de la pompe doseuse 41, on envoie un peu de liquide de couplage, puis, à l'aide du vérin 37, on applique la tête de contrôle sur la jante et on fait une première mesure de temps de propagation des ultrasons dont on enregistre le résultat, puis à l'aide du vérin pneumatique quart de tour 40, on fait faire un quart de tour au dispositif de contrôle puis on fait une deuxième mesure dont on enregistre le résultat, on écarte alors le dispo- sitif de mesure à ultrasons de la jante de la roue. Le principe du contrôle consiste à déterminer la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans l'é- paisseur de la jante et dans deux directions de vibration perpendiculaires entre elles, ce qui permet par comparai- son de déterminer l'amplitude des contraintes résiduelles. Le lecteur comprendra que le dispositif qui vient d'être décrit peut être réalisé par des moyens équivalents en particulier pour le guidage et pour les mouvements des différents éléments mobiles. Le positionnement en hauteur du châssis peut être réalisé automatiquement en utilisant un détecteur par exemple inductif disposé par exemple sur le support 14. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure automatique des contraintes résiduelles dans la jante ( 54 a) d'une roue ( 54) d'un essieu monté ( 52) de chemin de fer comportant deux roues reposant chacune sur un rail ( 50), caractérisé en ce qu'il comprend: le rail ( 50) de support de la roue ( 54), des moyens de support et de levage ( 6, 6 ') reposant sur une surface ( 51) sensiblement horizontale située à un niveau inférieur au rail et disposés sensiblement à l'aplomb du rail ( 50), un châssis ( 1) monté sur les moyens de support et de levage ( 6, 6 '), de manière à être réglable en hauteur, deux jeux de glissières ( 8 a, 8 b, 8 'a, 8 'b) fixées sur le châssis ( 1), dans une direction parallèle au rail ( 50), disposés de part et d'autre du rail ( 50), deux chariots ( 10, 10 ') montés mobiles en translation sur les glissières ( 8 a, 8 b, 8 'a, 8 'b), des moyens de déplacement ( 11, 11 ') des chariots ( 12, 12 '), deux dispositifs de meulage ( 12, 12 '), portés chacun par un chariot ( 10, 10 ') et montés mobiles sur le chariot, dans une direction perpendiculaire aux glissières ( 8 a, 8 b, 8 'a, 8 'b), des moyens de déplacement ( 28, 28 ') des dispositifs de meulage ( 12, 12 '), un dispositif de contrôle par ultrasons ( 13 ') monté mobile en translation sur l'un des deux chariots ( 10 '), dans une direction perpendiculaire aux glissières ( 8 a, 8 b, 8 'a, 8 'b), des moyens de déplacement ( 37) du dispositif de contrôle par ultrasons ( 13 '), entre une position de service en contact avec la jante ( 54 a) de la roue ( 54) et une posi- tion de retrait, deux détecteurs de position ( 15, 15 ') de type mécanique, montés mobiles chacun sur un chariot ( 10, 10 '), dans une direction perpendiculaire aux glissières ( 8 a, 8 b, 8 'a, 8 'b) et des moyens de déplacement ( 37) des détecteurs ( 15, 15 ') entre une position effacée et une position en appui contre la jante ( 54 a) de la roue ( 54), les deux détecteurs ( 15, 15 ') se trouvant en vis-à-vis de part et d'autre de la roue ( 54). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les dispositifs de support et de levage ( 6, 6 ') du châssis ( 1) sont des vérins à vis synchronisés entre eux. 3. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens de déplacement ( 11, 11 ', 28, 28 ', 37) en translation des chariots ( 10, 10 '), des dispo- sitifs de meulage ( 12, 12 '), du dispositif de contrôle par ultrasons ( 13 ') et des détecteurs mécaniques ( 15, 15 ') sont des vérins pneumatiques. 4. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le dispositif de contrôle par ultrasons ( 13 ') comporte une tête émettrice-réceptrice ( 39) d'ondes ultrasonores de cisaillement montée rotative autour d'un axe horizontal parallèle à l'axe de déplacement du dispo- sitif de contrôle par ultrasons ( 13 '), un moyen de mise en rotation ( 40) de la tête émettrice et réceptrice ( 39) et un moyen de distribution de fluide de couplage ( 41). 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le moyen ( 40) de mise en rotation de la tête émettriceréceptrice ( 39) est un vérin pneumatique quart de tour. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5 caractérisé en ce que le moyen de distribution de fluide de couplage ( 41) est une pompe doseuse prolongée par un tube débouchant au droit de la tête émettrice-réceptrice ( 39). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il com- porte en outre des moyens électropneumatiques ( 100) et électroniques de commande ( 101). 8 Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'un moyen électronique de commande ( 101) est un microprocesseur. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le rail ( 50) comporte sur sa partie supérieure une entaille en V d'arrêt de la roue ( 54) en position de mesure et de contrôle.