Brevet FR2850330A1 — publié le 20040730

LE PANTOGRAPHE HAUTE PERFORMANCE L'invention consiste en un système de construction des pantographes ferroviaires permettant d'allier des mouvements de faible amplitude avec des performances 5 élevées, pour le suivi des variations dynamiques d'une caténaire qui alimente le train à grande vitesse, et des mouvements de grande amplitude avec des performances plus faibles, non seulement pour le monte et baisse du pantographe à la mise en route et à l'arrêt de la motrice, mais aussi pour suivre les variations de hauteur statiques des caténaires, notamment celles dues au passage de la ligne dans un tunnel ou un passage 10 à niveau par exemple. On connaît dans la demande de brevet français numéro 11733 du 14 septembre 2000, une description d'un pantographe comportant une structure principale pour les mouvements de grande amplitude, et une structure plus petite placée à l'extrémité de 15 la précédente pour résoudre les problèmes des mouvements de faible amplitude. Cela dit, bien que ce document suggère une motorisation, il n'explicite pas clairement les deux niveaux de performances requis pour la motorisation afin d'assurer un fonctionnement correct. Par ailleurs, telle que décrite dans le document, la structure " haute performance " n'est pas insensible aux " efforts horizontaux ". 20 On connaît par ailleurs la demande PCT/FROI/02835 du 12 novembre 2001 qui fait état d'un pantographe motorisé, mais ne comporte qu'une seule structure et une seule cinématique, donc un seul niveau de performances; il en résulte que ce système ne représente qu'un compromis assurant de ce fait des performances moyennes dans 25 chacune des phases. Le but de l'invention est donc de prévoir 2 systèmes de motorisation pour un même pantographe, un premier assurant les amplitudes importantes à faibles performances afin d'assurer un suivi grossier du profil de la caténaire, et l'autre système disposé le 30 plus près possible des archets assurant le déplacement asservi de ceux-ci sur de faibles amplitudes mais avec une grande précision (bande passante élevée). I Dans une première variante, on construit un pantographe télescopique comportant deux structures différentes, lesquelles structures s'emboîtent l'une dans l'autre afin que replié, l'ensemble ait un encombrement minimum. Avantageusement, la structure inférieure aura une motorisation de servitude grande amplitude, faibles performances (un vérin pneumatique par exemple) alors que la structure supérieure sera pilotée par une motorisation à hautes performances, petite amplitude (forte bande passante) notamment un système d'asservissement avec moteur électrique sans balai directement commandé par la mesure de l'effort des archets sur la 1 0 caténaire. Il en sera de même pour le choix des systèmes d'équilibrage o on préférera un équilibreur performant à forte bande passante (équilibreur mécanique prévu dans la demande précitée) sur la structure supérieure, et un appareil plus classique sur la 15 structure inférieure o un vérin pneumatique (par exemple) pourra éventuellement assurer la fonction de motorisation et d'équilibrage. On pourra avantageusement commander automatiquement la structure inférieure (la moins performante) par la structure supérieure (la plus performante). Ainsi par 20 exemple, une position haute de la structure supérieure entraînerait automatiquement le déploiement de la structure inférieure, et une position basse de la structure supérieure entraînerait automatiquement un repli de la structure inférieure. Bien évidemment, l'invention prévoit l'inversion de ces structures, à savoir la 25 structure performante en dessous de la structure de servitude. Avantageusement, les deux structures seront construites suivant les caractéristiques définies dans la demande de brevet PCT/FROI/02835 afin que leur sensibilité sur l'axe vertical soit indépendante des " efforts horizontaux ", du sens de marche de la motrice 30 ainsi que de leur hauteur de déploiement. Enfin, il sera possible de disposer, sur une même structure inférieure, plusieurs structures supérieures correspondant au nombre de pantographes que doit comporter une même motrice afin de circuler sur des réseaux différents et avec des courants différents. On notera enfin que ce système de double structure permet, en raccourcissant 5 considérablement la longueur des bras de la structure performante d'en augmenter les performances sans sophistication particulière de sa géométrie, ni du matériau utilisé. Cela facilite par ailleurs la lubrification des différents organes qui composent la structure en entraînant, pour une course des archets donnée, des mouvements de plus grande amplitude sur les articulations et les différents composants de sa chaîne 10 cinématique. Dans une deuxième variante: On disposera près des archets une deuxième motorisation qui, à grande vitesse prendra 15 le relais de la motorisation de base alors débrayée. Cette motorisation pilotera alors un aileron disposé près de la tête de captage du pantographe et l'angle d'attaque de l'aileron dans l'air sera asservi à l'effort par les archets sur la caténaire. On pourra avoir un pantographe avec une seule structure, mais comportant deux motorisations. Avantageusement, et pour les mêmes raisons que celles évoquées dans la précédente 25 variante, cette structure sera de type de celle définie dans la demande PCT/FROI/02835. Ce point étant d'autant plus sensible ici que ce système doit avoir une bande passante élevée pour ne pas être perturbé par les trains croiseurs ou le passage dans les tunnels. Bien sr le degré de liberté de l'aileron devra lui permettre de s'adapter à toutes les vitesses du train et aux deux sens de marche. La mise en place de cette deuxième motorisation qui n'interviendra que pour les grandes vitesses pour lesquelles la motorisation inférieure sera débrayée, entraînera certes un supplément de masse embarquée que l'on pourra avantageusement compenser par la mise en place d'une motorisation inférieure asservie. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins sur lesquels: La figure 1 est une structure de pantographe asservie telle que définie dans la demande PCT/FRO1/02835, ladite structure étant avantageusement utilisée comme structure supérieure de la première variante. La figure 2 est un exemple de structure double suivant la même demande pouvant être avantageusement utilisée comme structure inférieure de la première variante. La figure 3 représente la même structure que celle définie figure 1, mais comportant 15 l'aileron motorisé pour les grandes vitesses de la deuxième variante. Dans la structure représentée dans la figure 1, on reconnaît en 2 le système d'asservissement et sa cinématique, en 4 l'équilibreur mécanique sur lequel est montée la cinématique de la structure proprement dite 6. 20 Sur la figure 2, on reconnaît, fixé sur une base mécanique 8, deux structures symétriques S et S' telles que représentées sur la figure 1. Cet ensemble représente la structure double évoquée dans la demande PCT/FR01/02835 mais non explicitée. En effet, le bras 10 est solidaire de l'axe 12, alors que le bras 14 est lui solidaire en 25 rotation de l'axe 16 par l'intermédiaire des manivelles 18, 20 et 22, et des bielles 24 et 26 (on reconnaît ici la structure simple S). On remarquera que la manivelle 20 est montée folle sur l'axe 12. L'axe 12 et l'axe 16 sont chacun solidaire de 2 pignons identiques engrainant ensemble, ils sont donc solidaires en rotation mais synchronisés en sens inverse. On se retrouve donc exactement dans la même cinématique de 30 structure représentée figure 1 et décrite dans la demande PCT/FROI/02835, la seule différence étant que la cinématique de l'équilibreur 4 est alors remplacée par la base mécanique 8 qui assure la même fonction de synchronisation des arbres 12 et 16 avec sens de rotation inversé. (Cette synchronisation inversée pouvant s'obtenir par tout autre système). Bien sr, la base mécanique 8 n'assure aucune fonction d'équilibrage ni de motorisation, les systèmes assurant ces deux fonctions n'étant pas représentés sur la figure 2 et pouvant être réalisés par un seul ou plusieurs vérins pneumatiques par exemple. Tel que suggéré dans la demande PCT/FRO1/02835, la deuxième partie S' de la structure double (une structure simple sur chaque arbre) est ici réalisée par les bras 28 et 30, le bras 28 étant solidaire de l'axe 16. Les bras 14 et 30 sont articulés sur les axes 32 et 34, du support 36. On notera à ce sujet que la présence du support 36 permet de 10 s'affranchir, pour le bras 30, du système de liaison que représentent les manivelles 18, et 22 ainsi que des bielles 24 et 26 pour le bras 14. En effet, le parallélisme des bras 30 et 10 est forcé par le support 36 à condition toutefois que le repli de la structure n'amène pas un risque d'arcboutement. Il y aurait alors lieu dans ce cas de reproduire pour 30 la même cinématique que pour 14. L'invention telle que définie dans sa première variante, à savoir le pantographe télescopique consiste donc à disposer une ou plusieurs structures supérieures à hautes performances telles que définies figure 1 sur le support 36 de la structure inférieure à basses performances. On notera à ce sujet que si la configuration en structure simple à 20 deux bras est particulièrement adaptée aux exigences de performances et d'encombrement de la structure supérieure, la structure double à quatre bras semble particulièrement intéressante pour la structure inférieure peu performante mais nécessitant une grande stabilité du support 36 surtout si celui-ci est destiné à recevoir plusieurs structures supérieures. On notera au sujet de cette structure double qu'elle est naturellement insensible aux efforts horizontaux sans adjonction d'aileron supplémentaire (voir la demande précitée L'invention, bien entendu, intègre le fait que les systèmes d'équilibrage et/ou de motorisation de la structure supérieure peuvent être implantés sur la base de la structure inférieure et qu'un système de transmission adéquat peut piloter la base de la structure supérieure fixée sur son support. La figure 3 montre un pantographe tel que défini figure 1 mais qui comporte, à l'extrémité de son bras supérieur un aileron 38 dont l'angle d'attaque dans l'air est asservi à l'effort des archets sur la caténaire par une motorisation non représentée. Cet aileron peut prendre des positions telles que celles représentées en a ou b de telle sorte 5 de générer un effort dans les deux sens et ceci quel que soit le sens de marche de la motrice. Cet asservissement étant mis en service à grande vitesse et après débrayage de la motorisation 2, ledit débrayage pouvant s'effectuer progressivement au moment de la 10 vitesse de transition. Le positionnement de l'aileron 38 dont l'axe de rotation se situe vers l'extrémité du bras supérieur permet d'obtenir, grâce à la structure décrite, un gain mécanique constant lorsque l'aileron actionne le pantographe et ceci sur toute la hauteur de 15 déploiement. Revendications: 1. Pantographe à hautes performances caractérisé en ce qu'il comprend deux motorisations, une de servitude à faibles performances assurant les mouvements de 5 grande amplitude, une d'asservissement à bande passante élevée assurant à haute performance les mouvements de faible amplitude. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend deux structures distinctes, une supérieure et une inférieure, chacune correspondant à un niveau de 10 performances différent. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la structure inférieure est à basses performances et la structure supérieure est à hautes performances. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que ces structures simples ou doubles sont du type de celle définie dans la demande PCT/FROI/02835 du 19 septembre 2001. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que la structure supérieure est une structure simple (2 bras) et la structure inférieure une structure double (4 bras). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 5 caractérisé en ce que la structure 25 à hautes performances est motorisée par un système d'asservissement à bande passante élevée, et la structure à faibles performances par un système à faible bande. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 6 caractérisé en ce que le système d'équilibrage de la structure à hautes performances est un équilibreur mécanique et 30 que le système d'équilibrage de la structure à basses performances est un vérin pneumatique. 8. Dispositif selon 9. la revendication 1,' caractérisé en ce que la deuxième motorisation consiste en un aileron disposé au niveau des archets dont l'angle d'attaque est asservi à l'effort produit par les archets sur la caténaire.