Brevet FR2765900A1 — publié le 19990115

L'invention concerne un dispositif et un procédé pour niveler du ballast le long d'une voie de chemin de fer disposée sur le sol selon une direction d'allongement. Une voie de chemin de fer comprend des rails supportés par des traverses, lesquelles reposent sur du ballast disposé sous elles et entre elles. Lors du remplacement de traverses, il est nécessaire d'excaver une partie du ballast, en particulier pour éviter que les nouvelles traverses soient disposées plus haut que les anciennes, puis, de déposer une quantité de ballast que l'on nivelle au fur et à mesure, Un nivellement de bonne qualité facilite la mise en place des rails après dépôt des nouvelles traverses et améliore la qualité de pose des rails. L'invention peut être utilisé lors du remplacement de traverses, mais n'y est pas limitée; elle est également applicable lors de la pose d'une nouvelle voie, L'invention vise à proposer une solution simple, fiable, peu onéreuse. Le dispositif doit en outre permettre d'obtenir aisément un nivellement satisfaisant, c'est-à-dire de hauteur sensiblement constante tout le long de la voie sans nécessiter de nombreux réglages. On connaît certes déjà des dispositifs comprenant: - des moyens d'appui dont certains au moins, destinés à reposer sur le ballast nivelé, définissent un plan d'appui pour le dispositif, ces moyens d'appui étant en outre destinés à permettre le déplacement du dispositif suivant la direction d'allongement de la voie, - un régaleur comprenant une plaque mobile par rapport au plan d'appui, cette plaque présentant en partie inférieure une ligne de nivellement et étant destinée à s'étendre transversalement à la direction d'allongement de la voie afin d'interdire le passage du ballast au-dessus de la ligne de nivellement, - des moyens d'actionnement pour déplacer la ligne de nivellement du ballast suivant une direction sensiblement perpendiculaire au plan d'appui et modifier ainsi sa hauteur par rapport audit plan d'appui. Bien entendu, la plaque du régaleur (et en particulier la ligne de nivellement) n'est pas nécessairement mobile uniquement suivant une direction sensiblement perpendiculaire au plan d'appui. Mais, en pratique c est essentiellement, voire exclusivement la composante du déplacement suivant cette direction qui est importante. Elle détermine en effet la distance entre la ligne de nivellement et le plan d'appui. En outre, dans la suite de la description, il faudra comprendre par "hauteur de la ligne de nivellement", la distance entre la ligne de nivellement et le plan d'appui relevé par conséquent de préférence perpendiculairement à ce plan. Toutefois, les dispositifs de l'art antérieur connus jusqu'alors par la demanderesse peuvent être qualifiés de "moyens de copiage". En effet, ils déplacent la ligne de nivellement en reproduisant les variations de hauteur d'un modèle, ce modèle pouvant être constitué par un fil de référence tendu le long de la voie ou par la position des traverses encore en place disposées devant le dispositif. Mais, les modèles ne sont pas très fiables, de telle sorte que le ballast censé être nivelé présente des vagues. Pour résoudre ce problème, l'invention propose que le dispositif comprenne en outre des moyens de réglage manipulables par un opérateur pour imposer la hauteur de la ligne de nivellement par rapport au plan d'appui. Cette solution est plus simple que les solutions connues jusqu'alors et va à l'encontre de ce qu'elles enseignaient en considérant d'une part que l'on peut obtenir un nivellement satisfaisant sans automatiser complètement ce dispositif, c'est-à-dire en conservant une intervention humaine et d'autre part en prenant référence, pour positionner la ligne de nivellement, sur les moyens d'appui qui sont destinés à reposer sur le ballast nivelé et non sur un élément dont la position serait indépendante de l'opération de nivellement. Afin de faciliter la fonction de l'opérateur et donc d'améliorer la qualité du nivellement, l'invention propose que les moyens de réglage comprennent de préférence: - des moyens d'ajustement manipulables par un opérateur pour commander aux moyens d'actionnement de déplacer la ligne de nivellement du ballast, afin de faire varier sa hauteur par rapport à une hauteur de référence, et - des moyens de stabilisation, distincts des moyens d'ajustement, pour imposer la hauteur de référence de la ligne de nivellement. Les moyens de stabilisation permettent avantageusement de configurer le dispositif de telle sorte qu'il se déplace suivant un mouvement plan et sensiblement parallèle au sol. Ainsi, lorsque le sol est horizontal et que le dispositif est en position horizontale, si ce dernier est parfaitement réglé, il va réaliser un nivellement suivant un plan horizontal. D'une manière plus générale, les moyens de stabilisation peuvent permettre de réaliser le nivellement du ballast avec une hauteur de ballast sensiblement constante par rapport au sol, y compris Si le ballast doit être nivelé à une hauteur différente de celle à laquelle les traverses usagées étaient posées. Les conditions de stabilisation varient d'une voie à l'autre, en particulier en fonction du type de ballast et de la quantité de ballast à niveler. Toutefois, ces conditions sont généralement remplies lorsque la ligne de nivellement est sensiblement dans le plan d'appui. Les moyens d'ajustement quant à eux peuvent permettre de rattraper les légères dérives de hauteur de ballast, les variations de pente du sol, où de modifier de manière délibérée la hauteur de ballast. Autrement dit, ils servent alors à ajuster la hauteur de ballast par rapport au sol pour rester dans les tolérances. Les moyens de stabilisation et d'ajustement sont avantageusement distincts afin d'apporter les ajustements de manière plus aisée et d'éviter de dérégler le dispositif. Une caractéristique de l'invention particulièrement intéressante pour faciliter l'utilisation du dispositif consiste en ce que les moyens d'ajustement possèdent trois positions de réglage commandant respectivement aux moyens d'actionnement de positionner la ligne de nivellement: - soit à la hauteur de référence lorsqu'ils sont en position inactive, - soit à une valeur donnée au-dessus de la hauteur de référence lorsqu'ils sont dans une première position active, - soit à une valeur donnée en dessous de la valeur de référence lorsqu'ils sont dans une deuxième position active. Le réglage de la stabilité du dispositif ne risque alors pas d'être déréglée par l'opérateur, lequel n'a à déterminer que de façon qualitative (et non quantitative) si le ballast est nivelé à la bonne hauteur. Simplement, la correction apportée à la hauteur de nivellement sera maintenue sur une distance d'autant plus longue que la correction à apporter est élevée. L'invention propose encore une caractéristique pour simplifier les actions de l'opérateur consistant en ce que le dispositif comprend en outre des moyens de comptage pour ramener automatiquement les moyens d'ajustement en position inactive au-delà d'une distance donnée parcourue par le dispositif en position active. L'ajustement de la hauteur de la ligne de nivellement par rapport au plan d'appui présentant une valeur donnée et la distance effectuée par le dispositif en position active étant donnée, la variation de hauteur de ballast par rapport au sol à chaque mise en position active des moyens d'ajustement par l'opérateur sera de valeur sensiblement constante. L'opérateur sera par conséquent aisément en mesure de prévoir le résultat de chacune de ses actions et donc d'effectuer la bonne. Afin de réaliser une correction de hauteur de nivellement adaptée aux tolérances, l'invention propose que les variations de la hauteur de la ligne de nivellement (par rapport au plan d'appui) commandées par les moyens d'ajustement soient inférieures à un centième de la distance entre la ligne de nivellement et lesdits moyens d'appui reposant sur le ballast nivelé. Ainsi, les variations de hauteur de ballast sont suffisamment modérées pour ne pas remettre en cause la qualité du nivellement. L'invention concerne en outre un procédé, selon lequel: - on fait se déplacer le long de la voie, d'amont en aval, un dispositif comprenant: des moyens d'appui définissant un plan d'appui sur la voie, un régaleur comprenant une plaque mobile par rapport au plan d'appui, cette plaque s'étendant transversalement à la direction d'allongement de la voie et présentant en partie inférieure une ligne de nivellement de telle sorte qu'elle interdit le passage du ballast au-dessus de la ligne de nivellement, de telle sorte qu'elle interdit le passage du ballast au-dessus de la ligne de nivellement, - on dispose certains au moins des moyens d'appui en amont de la voie par rapport au régaleur, ces moyens d'appui reposant alors sur le ballast nivelé, - on règle par rapport au plan d'appui la hauteur entre la ligne de nivellement du régaleur et ce plan d'appui pour qu'au cours du déplacement du dispositif, la ligne de nivellement se déplace sensiblement dans un plan. Selon une caractéristique avantageuse, on réalise de manière répétitive les opérations suivantes: - on relève régulièrement la hauteur de ballast par rapport au sol, - en fonction de la hauteur relevée on impose ou non un ajustement de la hauteur de la ligne de nivellement par rapport à la hauteur engendrant son déplacement dans ledit plan. L'invention va apparaître encore plus clairement dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue générale du dispositif conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue schématisée de la partie repérée II à la figure 1, - la figure 3 est une vue selon la ligne III-III du dispositif de la figure 2 dans une première position, - la figure 4 est une vue selon la ligne III-III du dispositif de la figure 2 dans une deuxième position. Les figures 1 à 4 illustrent un dispositif 1 de nivellement de ballast, Ce dispositif fait partie d'un train 2 de substitution destiné à remplacer en particulier des traverses usagées 12. Le dispositif 1 comprend un corps principal 24 fixé en amont et en aval à un wagon 26, 28 du train. 2. Ce corps est supporté par une chenille 18, laquelle repose sur du ballast 10 suivant un plan 30 sensiblement horizontal. Le dispositif 1 comprend également un régaleur 22. Ce régaleur 22 s'étend transversalement à la direction 6 de la voie. I1 comprend une chaine à palette 20 qui évacue sur les côtés, à la demande, le ballast en excédent et une plaque 34 s'étendant vers le bas destinée à répartir uniformément le ballast en obligeant le ballast à passer sous elle, voire de part et d'autre d'elle. Cette plaque se termine en partie basse par une ligne de nivellement 36 mobile par rapport au corps 24. La chaine 20 ou du moins ses tambours formant supports et la plaque 34 forment un ensemble monobloc. Leur mouvement de monté et de descente est commandé par un vérin 38. Un câble 40 est fixé à une extrémité au régaleur 32 et maintenu à l'autre extrémité au corps 24 par un ressort de traction 44 qui se tend et se détend en fonction du déplacement du régaleur. En toute rigueur, le ressort de traction 44 est fixé à un coffrage 42, ce dernier pouvant coulisser par rapport au corps 24. Toutefois, en conditions normales d'utilisation, c'est-àdire en l'absence d'effort de traction anormalement élevé, le coulissement de ce coffrage est interdit par un ressort de sécurité 46 qui demeure dans sa position contractée. Le coffrage 42 renferme un potentiomètre 50. Ce potentiomètre 50 comprend une tige 50a et une base 50b. La tige 50a est maintenue en liaison annulaire par rapport au câble par des moyens de liaison 48 de telle sorte que le déplacement du câble 40 engendre une rotation de la tige 50a. Un support 52 maintient le potentiomètre 50 par sa tige 50a par rapport au coffrage. La tige 50a est toutefois libre de pivoter pour suivre le mouvement du câble 40 fonction lui-même du déplacement du régaleur 22. Une barre 54 est fixée à la base 50b du potentiomètre afin d'en commander la rotation. Cette barre porte deux aimants 62a, 62b disposés entre deux électro-aimants 60a, 60b. Elle est maintenue dans une position sensiblement médiane entre ces deux électro-aimants par une lame élastique 56 de rappel. L'activation/désactivation de chacun des électro-aimants 60a, 60b est commandée par un sélecteur d'ajustement 70. Ce sélecteur d'ajustement possède trois positions repérées "M", "N" et "D" et est relié aux électroaimants par des fils électriques 72a, 72b. I1 est également électriquement relié par un fil 76 à un compteur 74. Ce compteur mesure la distance parcourue par le dispositif, en pratique il compte le nombre de traverses usagées enlevées ou de traverses neuves déposées. Lorsqu'une distance prédéterminée a été parcourue avec le bouton dans l'une des positions actives M ou D, le compteur envoie l'instruction de ramener le sélecteur d'ajustement 70 en position inactive N. Un transmetteur 58 (non représenté aux figures 3 et 4) est fixé sur la base 50b du potentiomètre. La tige 50a et la barre 54 présentant entre elles un angle 6, le transmetteur 58 envoie une consigne aux moyens de commande (non représentés) du vérin 38 afin de rendre l'angle 6 égal à 90 degrés. Le dispositif comprend en outre une poulie 64 autour de laquelle passe le câble 40. Cette poulie est mobile en translation par rapport au corps 24 par l'intermédiaire d'un système vis écrou 66 commandé par une manivelle 68. Ainsi, lorsque l'on agit sur la manivelle 68, on déplace la poulie 64 et on modifie le parcours du câble 34. Le train 2 et donc le dispositif 1 se déplacent de l'amont vers l'aval sur une voie 4 de chemin de fer suivant une direction 6 correspondant à la direction d'allongement de la voie. La voie 4 comprend, en aval du ballast 10 disposé sur un sol 8, des traverses 12 reposant sensiblement suivant un plan 11 sur ce ballast et des rails 14 (un seul a été représenté) fixés sur les traverses. Pour la partie qui nous concerne, la partie avant 2b du train disposée en aval, repose sur les rails 14 par l'intermédiaire d'un bogie 16, tandis que la partie arrière 2a disposée en amont repose par l'intermédiaire d'une chenille 18 sur le ballast 10 nivelé par le régaleur 22. Regardons l'enchaînement des opérations au fur et à mesure de l'avancement du train. On constate qu'après passage du bogie 16, les rails 14 sont détachés des traverses 12 et déposés à côté de la voie. Puis, on retire les traverses 12 de la voie. Le ballast 10 est ensuite régalé par la plaque 34 qui fait la largeur du corps 24 formant plate-forme, et le ballast en excédant est évacué sur l'un ou l'autre des côtés par les palettes 32 de la chaine à palettes 20 qui peut tourner dans les deux sens, La plaque 34 du régaleur dispose le ballast suivant une épaisseur sensiblement constante. Par la suite des traverses seront posées sur cette épaisseur de ballast, puis on fixera des rails sur ces traverses. En fonctionnement, les variations de hauteur du régaleur et donc celles de la ligne de nivellement 36 par rapport au plan de nivellement 30 sont relevées par la tige 50a du potentiomètre via le câble 40. Le transmetteur 58 transmet ses consignes au vérin 38 en fonction de l'angle 6 du potentiomètre 50 et le vérin modifie en conséquence la hauteur de la ligne de nivellement. On a donc affaire à un système asservi déplaçant le régaleur pour maintenir un angle 6 égal à 90 degrés. Tel qu'il est illustré, le dispositif 1 est en appui, en aval, par l'intermédiaire du bogie 16 sur la voie telle qu'elle est avant passage du train de substitution 2 et, en amont, par l'intermédiaire de la chenille 18 sur le ballast nivelé par le régaleur disposé entre le bogie 16 et la chenille 18. La hauteur du rail 14 et des traverses 12 étant sensiblement constante tout le long de la voie, on peut considérer que le positionnement (déplacement) vertical du dispositif par rapport à la voie est fonction des plans d'appui il et 30 et plus particulièrement du plan 30. I1 apparaît également que si l'on veut conserver une différence de hauteur constante entre les plans 11 et 30 tout au long du déplacement du train, la ligne de nivellement doit être maintenue sensiblement dans le plan 30. Ainsi, pour régler le dispositif et le rendre stable, le sélecteur d'ajustement étant en position N (neutre) et le système asservi étant en fonctionnement, un opérateur agit sur la manivelle 68 pour modifier le parcours du câble 40 et amener la ligne de nivellement sensiblement dans le plan 30. On dira alors que la ligne de nivellement est à la hauteur de référence. Le dispositif étant alors stabilisé, il faut relever régulièrement la hauteur de ballast nivelé en amont du dispositif et vérifier qu'elle est en accord avec les tolérances permises, qu'elle n'engendre ni une accumulation ni un manque de ballast devant le régaleur. Si l'on s'aperçoit par exemple que la hauteur de ballast est trop faible, l'opérateur positionne le sélecteur d'ajustement 70 dans la position M (montée). Tel qu'illustré à la figure 4, cette position du sélecteur alimente électriquement l'électro-aimant 60a qui attire vers lui l'aimant 62a et engendre la rotation de la base 50b du potentiomètre d'un angle a. Tel qu'expliqué précédemment, le système asservi et en particulier le potentiomètre 50 et le transmetteur 58 commandent la montée du régaleur 22 par l'intermédiaire du vérin 38. La montée du régaleur est telle que le câble 40 se déplace d'une distance d faisant pivoter la tige 50a de l'angle a et rétablissant une valeur de 90 degrés pour l'angle b. Cette montée du régaleur 22 amène la ligne de nivellement audessus du plan 30. Par conséquent, le déplacement du dispositif et en particulier de la ligne de nivellement ne sera plus parallèle au sol, mais va suivre une pente de montée. Cette pente est sensiblement égale au déplacement de la ligne de nivellement par rapport à sa hauteur de référence divisé par la distance séparant la ligne de nivellement 36 de la chenille 38. Cette pente est avantageusement inférieure à 1/1009 de préférence de l'ordre de 5 millièmes. En toute rigueur, il ne s'agit pas d'une pente constante, mais d'une sorte d'escalier. La hauteur des marches étant toutefois avantageusement inférieure à un centimètre, la différence par rapport à une pente lisse peut être considérée comme négligeable. Le compteur 74 compte une dizaine de traverses à partir de la mise sur la position active M du sélecteur d'ajustement 70, puis le ramène en position inactive N. La ligne de nivellement revient alors à sa hauteur de référence. Le dispositif nivelle alors à nouveau le ballast à une hauteur sensiblement constante. Compte-tenu de la pente et de la distance parcourue par le dispositif, la hauteur de ballast a été augmentée de 2 centimètres. Il suffit de répéter l'opération aussi souvent que cela est nécessaire pour obtenir un nivellement satisfaisant. Inversement, si l'on souhaite réduire la hauteur de ballast par rapport au sol, on place le sélecteur d'ajustement 70 dans la position active D (descente) et la hauteur de ballast sera réduite de 2 centimètres. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée à la réalisation qui vient d'être décrite. Pour déplacer le régaleur, on pourrait notamment utiliser des moyens proches de ceux utilisés sur les postes d'usinage à commande numérique en sachant que dans notre cas un seul axe (translation verticale) est utile. Ainsi, les mêmes moyens pourraient servir à déplacer le régaleur et à connaître sa position. Le positionnement de la hauteur de référence pourrait être obtenu par changement de référentiel. En d'autres termes, il serait possible de réaliser le même nombre de fonction tout en réduisant le nombre de moyens mécaniquement distincts. On pourrait également prévoir que seule une partie de la plaque du régaleur soit mobile par rapport aux moyens d'appui. Le sélecteur trois positions pourrait être remplacé par plusieurs boutons remplissant les mêmes fonctions. Revendications 1. Dispositif (1) pour niveler du ballast (10) le long d'une voie (4) de chemin de fer comprenant: - des moyens d'appui (16, 18) dont certains (18) au moins, destinés à reposer sur le ballast nivelé, définissent un plan (30) d'appui pour le dispositif, - un régaleur (22) comprenant une plaque mobile (34) par rapport au plan d'appui (30), cette plaque présentant en partie inférieure une ligne de nivellement (36) et étant destinée à s'étendre transversalement à la direction d'allongement de la voie afin d'interdire le passage du ballast audessus de la ligne de nivellement, - des moyens d'actionnement (38, 40, 44, 50, 58) pour déplacer la ligne de nivellement du ballast suivant une direction sensiblement perpendiculaire au plan d'appui et modifier ainsi sa hauteur par rapport audit plan d'appui, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de réglage (54, 56, 60a, 60b, 62a, 62b, 64, 66, 68, 70) manipulables par un opérateur pour imposer la hauteur de la ligne de nivellement par rapport au plan d'appui (30). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de réglage comprennent: - des moyens d'ajustement (54, 56, 60a, 60b, 62a, 62b, 70) manipulables par un opérateur pour commander aux moyens d'actionnement de déplacer la ligne de nivellement du ballast, afin de faire varier sa hauteur par rapport à une hauteur de référence, et - des moyens de stabilisation (64, 66, 68), distincts des moyens d'ajustement, pour imposer la hauteur de référence de la ligne de nivellement. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'ajustement possèdent trois positions (M, N, D) de réglage commandant respectivement aux moyens d'actionnement de positionner la ligne de nivellement: - soit à la hauteur de référence lorsqu'ils sont en position inactive (N), - soit à une valeur donnée au-dessus de la hauteur de référence lorsqu'ils sont dans une première position active (M), - soit à une valeur donnée en dessous de la valeur de référence lorsqu'ils sont dans une deuxième position active (D). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de comptage (74) pour ramener automatiquement les moyens d'ajustement (70) en position inactive au-delà d'une distance donnée parcourue par le dispositif en position active. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens d'ajustement comprennent: - deux électro-aimants (60a, 60b) correspondant à chacune des positions actives (M, D) des moyens d'ajustement, - un potentiomètre présentant une partie mobile entre les deux électro-aimants, et - un élément de rappel (56) pour disposer la partie mobile correspondante (50b) du potentiomètre dans une position intermédiaire correspondant la position inactive (N) des moyens d'ajustement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les variations de la hauteur de la ligne de nivellement commandées par les moyens d'ajustement sont inférieures à un centième de la distance entre la distance et lesdits moyens d'appui reposant sur le ballast nivelé. 7. Procédé pour niveler du ballast le long d'une voie (4) de chemin de fer disposée sur le sol selon une direction d'allongement, dans lequel: - on utilise fait se déplacer le long de la voie, d'amont (2a) en aval (2b), un dispositif (1) comprenant: des moyens d'appui (18) définissant un plan (30) d'appui sur la voie, un régaleur (22) comprenant une plaque mobile (34) par rapport au plan d'appui (30), cette plaque s'étendant transversalement à la direction d'allongement de la voie et présentant en partie inférieure une ligne de nivellement (36), de telle sorte qu'elle interdit le passage du ballast au-dessus de la ligne de nivellement, - on dispose certains (18) au moins des moyens d'appui en amont de la voie par rapport au régaleur (22), ces moyens d'appui (18) reposant alors sur le ballast nivelé, - on règle par rapport au plan d'appui la hauteur entre la ligne de nivellement (36) du régaleur et ce plan d'appui (30) pour qu'au cours du déplacement du dispositif, la ligne de nivellement se déplace sensiblement dans un plan. 8. Procédé selon la revendication , caractérisé en ce que de manière répétitive, on réalise les opérations suivantes: - on relève régulièrement la hauteur de ballast par rapport au sol, - en fonction de la hauteur relevée on impose ou non un ajustement de la hauteur de la ligne de nivellement par rapport à la hauteur engendrant son déplacement dans ledit plan.