Brevet FR2692671A1 — publié le 19931224

La présente invention est relative au contrôle par billage de la dureté de la jante d'une roue de chemin de fer et au contrôle par ultrasons des contraintes rési- duelles dans la jante. Les roues de chemin de fer obtenues par forgeage et traitement thermique doivent être contrôlées On doit notamment contrôler la dureté et les contraintes résiduel- les des jantes Pour celà on effectue des opérations ma- nuelles de préparation de surface et de contrôle qui sont longues. Le but de la présente invention est de faciliter ces contrôles en proposant un moyen automatique pour les réaliser. A cet effet, l'invention a pour objet un dispo- sitif de contrôle de la jante d'une roue de chemin de fer, caractérisé en ce qu'il comprend: un châssis comportant une partie horizontale en forme de quadrilatère et au moins une partie verticale disposée parallèlement à l'axe des bords de la partie horizontale, un rail de support de la roue fixé sur la partie horizontale du châssis dans une direction parallèle à la direction de la partie verticale du châssis, des longerons de guidage de la roue fixés sur la partie verticale du châssis dans une direction paral- lèle à la direction du rail, un longeron parallèle aux longerons de guidage de la roue, monté mobile perpendiculairement aux longerons de guidage et parallèlement à la partie horizontale du châssis, des moyens de déplacement du longeron mobile destinés à l'appliquer contre la roue, des glissières fixées sur la partie horizon- tale du châssis dans une direction parallèle au rail, un chariot monté mobile en translation sur les glissières, un moyen de déplacement du chariot, un dispositif de meulage porté par le chariot et monté mobile sur le chariot dans une direction perpen- diculaire aux glissières, un moyen de déplacement du dispositif de meu- lage, un dispositif de mesure de dureté par billage porté par le chariot, un dispositif d'application d'une force prédé- terminée contre le dispositif de mesure de dureté par bil- lage. Le dispositif de mesure de dureté par billage comporte une tête de billage montée coulissante dans un fourreau, ladite tête comportant à son extrémité une calotte, et un capteur linéaire de déplacement de la tête de billage. Le dispositif d'application d'une force prédé- terminée contre le dispositif de mesure de dureté par billage peut comporter un levier articulé sur le châssis, un vérin à vis muni d'un moteur, porté par le levier et pouvant s'appliquer contre la calotte du dispositif de mesure de dureté par billage, un contrepoids pouvant s'appuyer sur le bras du levier, un vérin de relevage du contrepoids, un vérin de libération du contrepoids, un support pour les vérins de relevage et de libération du contrepoids. De préférence, le dispositif comporte en outre un dispositif de contrôle par ultrasons monté mobile en translation sur le chariot dans une direction perpendicu- laire aux glissières, un moyen de déplacement du disposi- tif de contrôle par ultrasons entre une position de service en contact avec la jante de la roue et une posi- tion de retrait, un détecteur de position de type mécani- que monté mobile sur le chariot dans une direction perpen- diculaire aux glissières et des moyens de déplacement du détecteur entre une position effacée et une position en appui contre la jante de la roue. Le dispositif de contrôle par ultrasons comporte une tête émettrice réceptrice 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 et réceptrice et un moyen de distribution du fluide de couplage. De préférence, les moyens de déplacement en translation du chariot, du dispositif de meulage, du dispositif de contrôle par ultrasons et du détecteur de position mécanique sont des vérins pneumatiques. Le dispositif selon l'invention comporte des moyens électropneumatiques et électroniques de commande. Enfin, le rail comporte à sa partie supérieure une entaille en V d'arrêt de la roue en position de mesure et de contrôle. L'invention qui permet de réaliser des contrôles automatiques des roues de chemin de fer va maintenant être décrite en regard des figures annexées dans lesquelles: la figure 1 est une vue en élévation du dispositif selon l'invention dont le châssis a été coupé par un plan vertical, la figure 2 est une vue de dessus. Le dispositif comporte un châssis repéré dans son ensemble par 1, constitué d'un cadre horizontal 2 formé de poutres 3, 4, 5 et de montants verticaux 6, 7 situés vers une des extrémités des poutres 3 et 5 de telle sorte que, vu en élévation et de profil, le châssis ait une forme de L. Les montants 6 et 7 portent des longerons hori- zontaux 8, 9 Le cadre horizontal porte un rail 10 Le rail 10 est muni d'une encoche 10 ' en V à sa partie supérieure à peu près dans l'axe du dispositif. Le cadre horizontal porte également des flasques verticaux 13, 14 perpendiculaires au rail 10 sur lesquels sont fixés des vérins 15, 16 dont les tiges portent un longeron mobile 17 parallèle au rail 10 et aux longerons fixes 8, 9 Les vérins permettent de déplacer le longeron mobile 17 parallèlement à lui-même pour le rapprocher du plan défini par les longerons fixes 8 et 9. Des glissières 11, 12 fixées sur la partie hori- zontale du châssis 1 dans une direction parallèle au rail portent un chariot mobile 18 déplaçable en translation à l'aide d'un vérin pneumatique 19. Sur le chariot 18 sont montés côte à côte et à la suite l'un de l'autre dans la direction transversale: un dispositif de meulage 20, un dispositif de mesure de dureté par billage 21, un dispositif de contrôle par ultrasons des contraintes résiduelles 22. Le dispositif de meulage 20 comporte une meule rotative 23 montée mobile sur le chariot 18 perpendiculai- rement aux glissières 11, 12 La meule 23 peut être déplacée à l'aide du vérin pneumatique 24. Le dispositif de mesure de dureté par billage 21 comporte une tête de billage 25 montée sur une tige 26 portant à son extrémité une calotte 27 et pouvant coulis- ser dans un fourreau 28. Ce dispositif comporte en outre un moyen de mesure du déplacement de la tête de billage, non représen- té. Le dispositif de contrôle par ultrasons des contraintes résiduelles 22 est monté mobile perpendiculai- rement aux glissières 11, 12 et peut être déplacé à l'aide d'un vérin pneumatique 29 Il comporte une tête émettrice réceptrice d'ondes ultrasonores de cisaillement 30 montée rotative autour d'un axe horizontal parallèle à l'axe de déplacement du dispositif de contrôle par ultrasons et un vérin 31 de déplacement en rotation de la tête émettrice réceptrice 30. Le dispositif de contrôle par ultrasons 22 comporte également un moyen d'alimentation en fluide de couplage constitué d'une pompe doseuse 32 et d'un tube 33 qui débouche à proximité de la tête émettrice-réceptrice. Un détecteur de position 34 de type mécanique est monté sur le support 35 du dispositif 22 de contrôle par ultrasons, si bien qu'il peut être déplacé perpendicu- lairement aux glissières 11, 12 à l'aide du vérin 29. Un dispositif 36 permet d'appliquer une force prédéterminée sur la tête de billage 25 par l'intermé- diaire de la tige 26 et de la calotte 27. Ce dispositif 26 comporte un levier 37 articulé à une de ses extrémités 38 sur la traverse 4 du châssis 1, portant à sa partie située à proximité de l'extrémité 38 un vérin à vis 39 muni d'un moteur 40, dont la tête 41 peut venir coopérer avec la calotte 27, et à son extrémité 42 éloignée de l'articulation, un contre-poids 43. Un support 44 posé sur le sol 46 porte un premier vérin 45 dont la tige est reliée à un crochet 48 auquel est suspendu le contre-poids 43. Le support 44 porte un deuxième vérin 49 pouvant actionner un crochet 50 accroché au corps du vérin 45 et pouvant s'enclencher sur un axe 51 fixé à l'extrémité de la tige du vérin 45. L'ensemble 36 est disposé de façon telle que l'axe du vérin à vis 39 soit approximativement en regard de l'entaille en V 10 ' du rail 10. Pour effectuer un contrôle d'une roue 52 on procède de la façon qui suit: On amène la roue sur le rail 10 et on la main- tient en position dans l'entaille en V 10 ', à l'aide des vérins 15 et 16 en appliquant la traverse 17 contre la roue de façon à serrer la roue entre les traverses 8, 9 d'une part et la traverse 17 d'autre part. A l'aide du vérin 19 on amène la meule 23 en regard de la jante de la roue, au droit de l'entaille en V puis avec le vérin 24, on applique la meule contre la jante et on meule localement la jante en faisant subir un mouvement de va et vient à la meule 23 à l'aide du vérin 19, puis on recule la meule. A l'aide du vérin 19 on amène le palpeur 34 en face de la zone meulée puis avec le vérin 29, on applique le palpeur 34 contre la jante de la roue, on enregistre la position du palpeur, ce qui permet de mesurer l'épaisseur de la jante, puis on recule le palpeur 34. A l'aide du vérin 19, on amène la tête 30 émet- trice-réceptrice d'ultrasons en regard de la zone meulée et on applique la tête 30 contre la jante de la roue 52 à l'aide du vérin 29; avec la pompe doseuse 32 on envoie du liquide de couplage et on fait une première mesure de temps de propagation des ondes ultrasonores dans la jante; puis on fait subir à la tête 30 émettrice-réceptrice une rotation d'un quart de tour à l'aide du vérin 31 et on fait une deuxième mesure de temps de propagation des ondes ultrasonores, puis, à l'aide du vérin 29, on recule la tête émettrice-réceptrice. La mesure d'épaisseur de la jante et les mesures de temps de propagation d'ondes ultrasonores dans la jante permettent de déterminer les contraintes résiduelles dans la jante. Une fois la mesure de contraintes résiduelles terminée, à l'aide du vérin 19 on amène la tête de mesure de dureté par billage 25 en face de la zone meulée; la tête 41 du vérin à vis 39, la calotte 27, la tige 26, la tête de billage 25 et la zone meulée de la jante sont alors alignées; à l'aide du moteur 40 on applique la tête 41 du vérin à vis 39 contre la calotte 27 de façon à ap- pliquer la tête de billage 25 contre la jante de la roue avec une force de l'ordre de 200 kg; puis avec le vérin 49 on rétracte le crochet 50, ce qui libère le contre- poids 43 qui, appuyant sur le levier 37, vient appliquer la tête 41 contre la calotte 27, ce qui applique la tête de billage 25 contre la jante de la roue avec une force de 3000 kg; à lraide du capteur de déplacement on mesure le déplacement dans la direction axiale de la tête de billage entre sa position lorsqu'elle est appliquée contre la jante avec une force de 200 kg et sa position lorsqu'elle est appliquée contre la jante avec une force de 3000 kg; ce déplacement permet de calculer la dureté de la jante à partir de la mesure d'enfoncement de la bille. Après la mesure de dureté, le contre-poids 43 est remonté à l'aide du vérin 45, ce qui enclenche l'axe 51 sur le crochet 50, ainsi le contrepoids est maintenu en position haute. L'ensemble des vérins et des moyens de mesure sont reliés à des dispositifs de commande électropneumati- ques 55 et à des moyens de commande électroniques 56 qui permettent d'effectuer tous les mouvements automatique- ment. On comprendra que le dispositif qui vient d'être décrit peut être réalisé par des moyens équivalents en particulier pour le guidage et pour le mouvement des différents éléments mobiles. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de la jante d'une roue de chemin de fer ( 52), caractérisé en ce qu'il comprend: un châssis ( 1) comportant une partie horizon- tale en forme de quadrilatère et au moins une partie verticale ( 6, 7) disposée parallèlement à l'un des bords de la partie horizontale, un rail de support ( 10) de la roue ( 52) fixé sur la partie horizontale du châssis ( 1) dans une direc- tion parallèle à la direction de la partie verticale ( 6, 7) du châssis ( 1), des longerons ( 8, 9) de guidage de la roue ( 52) fixés sur la partie verticale ( 6, 7) du châssis dans une direction parallèle à la direction du rail ( 10), un longeron ( 17) parallèle aux longerons de guidage ( 8, 9) de la roue, monté mobile perpendiculaire- ment aux longerons de guidage ( 8, 9) et parallèlement à la partie horizontale du châssis ( 1), des moyens ( 15, 16) de déplacement du longeron mobile ( 17) destinés à l'appliquer contre la roue ( 52), des glissières ( 11, 12) fixées sur la partie horizontale du châssis ( 1) dans une direction parallèle au rail ( 10), un chariot ( 18) monté mobile en translation sur les glissières ( 11, 12), un moyen de déplacement ( 19) du chariot ( 18), un dispositif de meulage ( 23) porté par le chariot ( 18) et monté mobile sur le chariot ( 18) dans une direction perpendiculaire aux glissières ( 11, 12), un moyen de déplacement ( 24) du dispositif de meulage ( 23), un dispositif ( 21) de mesure de dureté par billage porté par le chariot ( 18), un dispositif ( 37, 43) d'application d'une force prédéterminée contre le dispositif ( 21) de mesure de dureté par billage. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le dispositif ( 21) de mesure de dureté par billage comporte une tête de billage ( 25) montée à une extrémité d'une tige ( 26) coulissante dans un fourreau ( 28), ladite tige ( 26) comportant à une extrémité opposée à la tête de billage ( 25) une calotte et un capteur li- néaire de déplacement de la tête de billage ( 25). 3. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le dispositif d'application d'une force prédéterminée contre le dispositif ( 21) de mesure de dureté par billage comporte: un levier ( 37) articulé sur le châssis ( 1), un vérin à vis ( 39) muni d'un moteur ( 40) porté par le levier ( 37) et comportant une partie d'appui ( 41) sur la calotte ( 37) du dispositif ( 21) de mesure de dureté par billage, un contre-poids ( 43) comportant une partie d'appui ( 48) sur le levier ( 37), un vérin ( 45) de relevage du contre-poids ( 43), un vérin ( 49) de libération du contre-poids ( 43), un support fixe ( 44) des vérins ( 45, 49) de relevage et de libération et du contre-poids ( 43). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: un dispositif ( 22) de contrôle par ultrasons monté mobile en translation sur le chariot ( 18) dans une direction perpendiculaire aux glissières ( 11, 12), un moyen de déplacement ( 29) du dispositif de contrôle par ultrasons ( 22) entre une position de service en contact avec la jante de la roue ( 52) et une position de retrait. un détecteur de position ( 34) de type mécani- que monté mobile sur le chariot ( 18) dans une direction perpendiculaire aux glissières ( 11, 12) et des moyens de déplacement ( 29) du détecteur ( 34) entre une position effacée et une position en appui contre la jante de la roue ( 52). 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le dispositif de contrôle par ultrasons ( 22) comporte une tête émettrice-réceptrice ( 30) 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 ( 22), un moyen de déplace- ment en rotation ( 31) de la tête émettrice-réceptrice ( 30) et un moyen ( 32) de distribution du fluide de couplage. 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens ( 19, 24, 29) de déplacement en translation du chariot ( 18) du dispositif de meulage ( 23), du dispositif de contrôle par ultrasons ( 22), du détecteur de position mécanique ( 34) sont des vérins pneumatiques. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens électropneumatiques ( 55) et électroni- ques ( 56) de commande. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le rail ( 10) comporte à sa partie supérieure une entaille ( 10 ') en V d'arrêt de la roue ( 52) en position de mesure et de contrôle.