Brevet FR2882767A1 — publié le 20060908

La présente invention concerne un dispositif pour la libération des contraintes internes dans les rails de chemin de fer et pour le soulèvement desdits rails. Elle convient tout particulièrement à la réalisation de dispositifs de maintenance de rails de chemin de fer, et notamment de mise en conformité de rails ayant subi des contraintes mécaniques dues aux variations de la température ambiante et/ou au roulement des trains empruntant lesdits rails de chemin de fer. D'une façon générale, on sait que pour obtenir ce résultat, la réponse 20 technique actuelle consiste: à libérer le rail de ses traverses équipées d'attaches telles des pinces à ressort par exemple, à soulever légèrement le rail en prenant appui sur le ballast environnant ou sur les têtes de traverse, à intercaler dans l'intervalle ainsi obtenu entre la semelle du rail et la traverse correspondante, un rouleau de faible diamètre, à couper le long rail soudé, au voisinage du centre de la zone de chantier s'étendant sur une longueur de 1 à 1, 5 kilomètre, à marteler l'âme du rail de proche en proche, alternativement sur les 30 faces interne et externe de ladite âme, en parcourant un aller et retour 2882767 2 sur des zones pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres, à une vitesse de quelques kilomètres à l'heure, à mettre le rail considéré, si nécessaire, dans un état de moindre dilatation soit par chauffage, soit par refroidissement, soit par étirement, à souder les deux extrémités de rail au voisinage de la lacune effectuée préalablement lors de la coupure du rail, - à reposer le rail sur ses attaches en ôtant les susdits rouleaux de faible diamètre, à solidariser le rail sur ses traverses équipées d'attaches telles des pinces à ressort par exemple. Bien entendu les paramètres définissant l'état de contrainte du rail à traiter ainsi que ceux définissant l'état de moindre dilatation dudit rail auront fait préalablement l'objet de mesures avant traitement puis de vérifications après traitement. On sait par ailleurs que l'opération consistant à marteler l'âme du rail de proche en proche, alternativement sur les faces interne et externe de ladite âme, opération dite de "frappage", est réalisée à l'aide de dispositifs, solidaires d'un lorry, comportant au moins un balancier, pivotant dans un plan perpendiculaire à l'axe principal du rail, autour d'un axe horizontal parallèle audit axe principal dudit rail, équipé au voisinage de son extrémité libre d'une masselotte métallique, laquelle comprend au voisinage de sa surface de contact avec le rail, une interface en matériau ductile évitant de marquer l'âme du rail. L'énergie cinétique appliquée à l'âme du rail, lors du choc de la masselotte, est par conséquent constante; il en est de même de la fréquence des chocs. Quant à l'opération de soulèvement du rail en prenant appui sur le ballast environnant, de manière à permettre l'introduction de rouleaux de faible 2882767 3 diamètre dans l'intervalle ainsi obtenu entre la semelle du rail et la traverse correspondante, celle-ci est effectuée avec un équipement différent de celui permettant l'opération précédemment décrite de frappage. Néanmoins, ces solutions ne sont pas entièrement satisfaisantes pour les raisons suivantes: les procédés de libération des contraintes internes dans les rails de chemin de fer et de soulèvement desdits rails nécessitent deux équipements différents; ces manipulations, exécutées pas à pas, exigent beaucoup de temps et nécessitent la mobilisation d'équipements coûteux, l'opération de libération des contraintes internes dans les rails, effectuée par frappage, telle que réalisée par les équipements existants, ne permet pas l'optimisation du susdit frappage en fonction de la nature, de l'importance et de la localisation des contraintes internes préalablement détectées. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose donc un dispositif pour la libération des contraintes internes dans les rails de chemin de fer et pour le soulèvement desdits rails faisant intervenir au moins deux balanciers pivotant dans un plan perpendiculaire à l'axe principal du rail, autour d'un axe horizontal parallèle audit axe principal dudit rail, équipé au voisinage de leur extrémité libre d'une masselotte métallique, laquelle comprend au voisinage de sa surface de contact avec le rail, une interface en matériau ductile, sachant que les susdits balanciers frappent chacun l'une des deux faces verticales opposées du sommet du rail sous une énergie cinétique variable et à une fréquence variable et que les susdits balanciers comprennent chacun au voisinage de leur extrémité libre au moins un doigt de préhension en 2882767 -4- conformité de forme avec la zone de liaison entre le sommet et l'âme dudit rail. Avantageusement, l'entraînement des susdits balanciers, équipés au voisinage de leur extrémité libre, d'une masselotte métallique, d'une interface de contact en matériau ductile et d'au moins un doigt de préhension, pourra être effectué, par exemple, par l'intermédiaire d'un moteur hydraulique à double effet associé à chacun desdits balanciers. Par ailleurs, les moteurs hydrauliques pourront être commandés par des vannes hydrauliques lesquelles seront associées à un générateur de séquences permettant de faire varier la position initiale des balanciers, et/ou la vitesse initiale des balanciers, et ou la période séparant deux frappes successives, et/ou la synchronisation desdits balanciers. En d'autres termes, le générateur de séquences permettra de faire varier: l'énergie cinétique appliquée au rail, correspondant à chaque choc successif, - la fréquence des chocs appliqués par chacun desdits balanciers, et l'intervalle de temps séparant les chocs engendrés par les deux balanciers. Dans le cas de la simultanéité des deux chocs engendrés par les deux balanciers, le susdit intervalle de temps est nul. Avantageusement, chacun desdits balanciers est associé à un ressort en extension, solidaire à une de ses extrémités de la structure dudit dispositif et à son autre extrémité, du balancier au voisinage de sa zone centrale. Ainsi, l'effort d'élongation dudit ressort en position initiale du balancier contribuera à augmenter sensiblement l'énergie cinétique appliquée au rail, et par ailleurs, en position de contact du balancier avec le sommet du rail, contribuera à maintenir le doigt de préhension sous le sommet du rail et à permettre ainsi de soulever le rail. 2882767 -5- Bien entendu, en position de contact des deux balanciers avec le sommet du rail, le susdit générateur de séquence sera verrouillé de manière à éviter le relèvement desdits balanciers lors du soulèvement du rail. Ainsi, le dispositif selon l'invention sera associé à un lorry, lequel comprendra un système d'appui sur le ballast environnant ou sur les têtes de traverse de manière à permettre le soulèvement du rail; bien entendu le lorry pourra être équipé de deux dispositifs selon l'invention de manière à permettre la libération simultanée des contraintes dans les deux rails de chemin de fer constituant la voie ferrée à traiter. Un mode d'exécution sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un balancier de frappage et de 15 levage selon l'invention, la figure 2 est une vue en perspective du dispositif selon l'invention, les balanciers étant en position haute, et la figure 3 est une vue en perspective du dispositif selon l'invention, les balanciers étant en position basse. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, un balancier de frappage et de levage BA est constitué d'une première paire de bras BI, B2, de faible épaisseur, formant un angle obtus et d'une seconde paire de bras B1, B2,, de forme identique à la précédente paire, les deux paires BI, B2, B1,, B2, , sont disposées parallèlement, l'une par rapport à l'autre, et sont rendues solidaires par une entretoise non représentée située au voisinage du sommet de l'angle obtus. Les bras BI, B1 sont solidaires, au voisinage de leur extrémité libre, de tourillons, respectivement TI, T1,, disposés perpendiculairement aux plans définis par les bras BI, BI, ; lesquels tourillons sont disposés de part et d'autre desdits bras B I, B I, et leurs axes respectifs sont colinéaires avec un axe A. 2882767 -6- Par ailleurs, le tourillon T1 est prolongé d'un troisième tourillon Te, de diamètre inférieur à celui du tourillon T1; le tourillon Te comprend un logement Le parallèle à l'axe A, permettant d'insérer une clavette (non représentée). Les bras B2, B2,, sont solidaires, au voisinage de leur extrémité libre, d'une masselotte Ma, de forme parallélépipédique, dont l'épaisseur est égale à la longueur de l'entretoise située au voisinage du sommet de l'angle obtus. La masse de ladite masselotte Ma étant fonction de l'énergie cinétique nécessaire au frappage du rail à traiter, nécessite un élargissement des extrémités libres des bras B2, B2>, permettant de disposer ladite masselotte Ma légèrement en retrait des faces latérales desdits bras B2, B2, en regard des tourillons T1, Te, T1, ; ainsi dans le logement résiduel entre les bras B2, B2, et la masselotte Ma, une plaquette en matériau ductile, non représentée, sera solidaire de la masselotte Ma; cette plaquette constitue la surface de contact du balancier 1 avec la surface en regard du sommet du rail. Au voisinage de l'extrémité libre de chacun desdits bras B2, B2,, une protubérance P2, P2', disposée perpendiculairement à l'axe A, est en conformité de forme avec la zone de liaison entre le sommet du rail et l'âme du rail. Ainsi le balancier 1, tel que décrit précédemment, a une position d'équilibre autour de l'axe A tel que les susdites protubérances P2, P2' sont situées au-delà du plan vertical contenant l'axe A. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le dispositif 1 selon l'invention 25 comprend une platine rectangulaire PT, située au dessus du rail R, le grand côté de ladite platine PT étant parallèle à l'axe principal du rail R. Trois semelles S1, S2, S3 sont solidaires de ladite platine PT et disposées en ligne, les semelles S1, S3 étant situées à chaque extrémité et la semelle S2 au centre de la platine PT. Dans l'intervalle compris entre les semelles S 1, S2, une échancrure EC 1 dans la platine PT s'ouvre sur un des grands côtés de la platine PT; de même, dans 2882767 -7- l'intervalle compris entre les semelles S3, S2, une échancrure EC2 (non représentée) dans la platine PT s'ouvre sur l'autre grand côté de la platine PT. De part et d'autre de l'échancrure EC1, deux paliers PA1, PA1, sont respectivement solidaire des semelles S1, S2; de même, de part et d'autre de l'échancrure EC2 (non représentée), deux paliers PA2, PA2, sont respectivement solidaires des semelles S3, S2. Ces paliers PA1, PA1', PA2, PA2,, supportent respectivement les tourillons des balanciers BA1, BA2, selon l'axe L, lequel axe A est contenu dans le plan vertical de symétrie transversale du rail R. Les tourillons d'entraînement des balanciers BA1, BA2, respectivement Tel (non représenté), Tee (non représenté), sont disposés en direction des petits côtés de la platine PT, et sont en liaison avec des moyens d'entraînement, de type tenon/mortaise, respectivement E1, E2. Les moyens d'entraînement E1, E2, sont entraînés en rotation par des moteurs hydrauliques à double effet, respectivement M1, M2. Ainsi le moteur hydraulique M1 entraîne en rotation, selon un mouvement pendulaire, le balancier BA1; de même, le moteur hydraulique M2 entraîne en rotation, selon un mouvement pendulaire, le balancier BA2. Le balancier BA1, en position sensiblement verticale, à travers l'échancrure EC1, frappe le rail R au voisinage du sommet, sur un côté du rail; de même, le balancier BA2, en position sensiblement verticale, à travers l'échancrure EC2, frappe le rail R au voisinage du sommet, sur l'autre côté du rail. Deux entretoises, respectivement ENT1, ENT2, sont les entretoises, précédemment décrites, associées aux deux paires de bras de chacun des balanciers BA1, BA2. Deux ressorts, respectivement RE1 (non représenté), RE2, sont solidaires des entretoises ENT1, ENT2, au voisinage de l'une de leurs extrémités; l'autre extrémité des ressorts RE1 (non représenté), RE2, est solidaire de la platine PT au voisinage du côté opposé à l'échancrure correspondante, respectivement EC1, EC2 (non représentée). 2882767 -8- Ces deux ressorts RE1, RE2, sont en état libre lorsque le balancier correspondant est en position relevée, et en extension lorsque le balancier correspondant est en position abaissée. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, les susdits balanciers BA1, BA2, sont en position relevée, c'est-à-dire sensiblement horizontaux, et par conséquent dans une position correspondant au niveau d'énergie potentielle maximum. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, le dispositif 1 selon l'invention 10 comprend une platine rectangulaire PT, située au dessus du rail R, le grand côté de ladite platine PT étant parallèle à l'axe principal du rail R. Trois semelles S1, S2, S3 sont solidaires de ladite platine PT et disposées en ligne, les semelles Si, S3 étant situées à chaque extrémité et la semelle S2 au centre de la platine PT. Dans l'intervalle compris entre les semelles S1, S2, une échancrure EC1 (non représentée) dans la platine PT s'ouvre sur un des grands côtés de la platine PT; de même, dans l'intervalle compris entre les semelles S3, S2, une échancrure EC2 dans la platine PT s'ouvre sur l'autre grand côté de la platine PT. De part et d'autre de l'échancrure EC1 (non représentée), deux paliers PA1, PA1, sont respectivement solidaire des semelles S1, S2; de même, de part et d'autre de l'échancrure EC2, deux paliers PA2, PA2' sont respectivement solidaires des semelles S3, S2. Ces paliers PA1, PA1, PA2, PA2,, supportent respectivement les tourillons des balanciers BA1 (partiellement représenté), BA2, selon l'axe A, lequel axe A est contenu dans le plan vertical de symétrie transversale du rail R. Les tourillons d'entraînement des balanciers BA1, BA2, respectivement Tel (non représenté), Tee (non représenté), sont disposés en direction des petits côtés de la platine PT, et sont en liaison avec des moyens d'entraînement, de type tenon/mortaise, respectivement E1, E2. Les moyens d'entraînement E1, E2, 2882767 9 sont entraînés en rotation par des moteurs hydrauliques à double effet, respectivement M1, M2. Deux entretoises, respectivement ENT1 (non représentée), ENT2, sont les entretoises, précédemment décrites, associées aux deux paires de bras de chacun des balanciers BA1, BA2. Deux ressorts, respectivement RE1, RE2, sont solidaires des entretoises ENT1 (non représentée), ENT2, au voisinage de l'une de leurs extrémités; l'autre extrémité des ressorts RE1, RE2, est solidaire de la platine PT au voisinage du côté opposé à l'échancrure correspondante, respectivement EC1 (non représentée), EC2. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, les susdits balanciers BA1, BA2, sont en position abaissée, c'est-à-dire sensiblement verticaux, et par conséquent dans une position correspondant au niveau d'énergie cinétique maximum. Ainsi, chacun des moteurs hydrauliques entraîne le balancier correspondant de manière à le relever et à placer le ressort correspondant en état d'extension; puis chacun des moteurs hydrauliques effectue le mouvement inverse de manière à abaisser le balancier. L'énergie cinétique de frappe du balancier contre le sommet du rail est fonction notamment du bras de levier que constitue le balancier, de la masse de la masselotte correspondante, de l'effort contributif exercé par le ressort en extension et de l'accélération imprimée au balancier au départ de sa position relevée. Les trois premiers paramètres sont définis par la conception du dispositif selon l'invention; le quatrième paramètre, à savoir l'accélération imprimée au balancier est réglable et permet ainsi de moduler l'énergie de frappe en fonction du traitement à effectuer sur le rail. La fréquence de frappe est également variable; il en est de même de la synchronisation des mouvements des deux balanciers. 2882767 - 10 - A titre d'exemple, les mouvements des deux balanciers seront en opposition de phase; la fréquence de frappe sera voisine de 1 Hertz; l'énergie cinétique de frappe sera proche d'une cinquante de Joules pour une masselotte de 5,5 kg, laquelle est distante de l'axe de rotation de 300 mm environ. Par ailleurs, les deux ressorts, associés aux deux balanciers sont dans un état libre lorsque les balanciers correspondants sont en position relevée, puis en extension lorsque les balanciers parcourent leur descente, puis en légère extension lorsque les balanciers sont en position abaissée. Ainsi, en position abaissée, les deux balanciers ayant libéré leur énergie cinétique, sont maintenus en contact avec le rail, les protubérances de chacun des balanciers étant en contact avec la zone de liaison entre le sommet du rail et l'âme du rail. Cette position permet de maintenir le rail entre les deux balanciers et ainsi d'effectuer un soulèvement de celui-ci afin de permettre la mise en place des rouleaux de faible diamètre, préalablement à l'opération de frappage du rail. Le dispositif, tel que décrit précédemment, sera solidaire d'un lorry, lequel comprendra un système d'appui sur le ballast environnant; bien entendu le lorry pourra être équipé de deux dispositifs selon l'invention de manière à permettre le soulèvement simultané des deux rails préalablement à l'opération de frappage, puis le frappage simultané proprement dit sur les deux rails constituant la voie ferrée à traiter, et enfin la remise en contact des deux rails sur leurs traverses afin de permettre la remise en place des attaches telles les pinces à ressort par exemple. -11-Revendications 1. Dispositif (1) pour la libération des contraintes internes dans les rails de chemin de fer (R) et pour le soulèvement desdits rails faisant intervenir au moins deux balanciers (BA1, BA2) pivotant dans un plan perpendiculaire à l'axe principal du rail (R), autour d'un axe horizontal (A) parallèle audit axe principal dudit rail (R), équipé au voisinage de leur extrémité libre d'une masselotte métallique (Ma), laquelle comprend au voisinage de sa surface de contact avec le rail (R), une interface en matériau ductile, caractérisé en ce que les susdits balanciers (BA1, BA2) frappent chacun l'une des deux faces verticales opposées du sommet du rail sous une énergie cinétique variable et à une fréquence variable et en ce que les susdits balanciers (BA1, BA2) comprennent chacun au voisinage de leur extrémité libre au moins un doigt de préhension (P2, P2, ) en conformité de forme avec la zone de liaison entre le sommet et l'âme dudit rail. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entraînement de chacun des susdits balanciers (BA1, BA2), est effectué par l'intermédiaire d'un moteur hydraulique (M1, M2) à double effet. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les susdits moteurs hydrauliques (M1, M2) sont commandés par des vannes hydrauliques lesquelles sont associées à un générateur de séquences permettant de faire varier la position initiale des balanciers (BA1, BA2), et/ou la vitesse initiale des balanciers (BA1, BA2), et ou la période séparant deux frappes successives, et/ou la synchronisation desdits balanciers (BA1, BA2). 2882767 - 12 - 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des susdits balanciers (BA1, BA2) est associé à un ressort (RE1, RE2) en extension, solidaire à une de ses extrémités de la structure dudit dispositif (1) et à son autre extrémité, du balancier au voisinage de sa zone centrale. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (1) est associé à un lorry. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le susdit lorry est équipé de deux dispositifs (1) selon l'invention. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le susdit lorry est équipé d'un système d'appui sur le ballast environnant.