Brevet FR2957613A1 — publié le 20110923

L'invention concerne le domaine des engins de maintenance des infrastructures ferroviaires. Plus particulièrement, elle concerne un engin pour la libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer et permettant également de lever un rail. 15 On sait qu'il convient de libérer périodiquement les contraintes internes accumulées dans un rail, par exemple sous l'action des variations de température, du roulement des convois... sous peine d'augmenter le risque de voir ce rail se briser. Pour obtenir ce résultat, la réponse technique actuelle consiste : 20 à libérer le rail de ses traverses équipées d'attaches, par exemple des pinces à ressort, 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 les 25 traverses, des rouleaux de faible diamètre pour permettre au rail de se détendre sans aucun frottement, à couper le long rail soudé, au voisinage du centre de la zone de chantier, qui s'étend sur une longueur de 1 à 1,5 kilomètre, à marteler le champignon du rail de proche en proche, alternativement sur 30 ses faces interne et externe, en parcourant un aller et retour sur une zone pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres, - 2 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 rouleaux de faible diamètre, à solidariser le rail sur ses traverses équipées d'attaches. Les paramètres définissant l'état de contrainte du rail à traiter font l'objet de mesures avant traitement puis de vérifications après traitement. Dans l'état de l'art, l'opération de soulèvement du rail est effectuée avec 10 un équipement hydraulique monté sur un véhicule ferroviaire léger appelé « lorry », qui est poussé sur la voie par un opérateur. L'opération consistant à marteler le champignon du rail de proche en proche alternativement sur ses faces interne et externe, opération dite de « frappage », est réalisée à l'aide d'un dispositif solidaire d'un second 15 « lorry », comportant deux balanciers oscillant autour d'un axe parallèle au fil du rail, équipés au voisinage de leur extrémité libre d'une masselotte métallique qui vient frapper le champignon du rail. Les balanciers sont soulevés par un moteur et frappent le rail en retombant. L'énergie cinétique appliquée au champignon du rail lors du choc est donc constante, et il en est de 20 même de la fréquence des chocs. Ce second « lorry » est également poussé sur la voie par un opérateur. Ces solutions ne sont pas entièrement satisfaisantes pour les raisons suivantes : - elles nécessitent deux équipements différents, 25 - ces manipulations, exécutées par des opérateurs à pied, exigent beaucoup de temps et nécessitent la mobilisation d'équipements coûteux et du personnel, - le dispositif existant ne permet pas l'optimisation du frappage en fonction de la nature, de l'importance et de la localisation des contraintes internes préalablement détectées. La demande FR 2882767 concerne un dispositif pour la libération des contraintes internes dans les rails de chemin de fer et pour le soulèvement desdits rails, mais qui est complexe et lourd. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un dispositif pour la libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer et pour le soulèvement du rail, comportant deux marteaux solidaires d'un corps creux, les marteaux étant aptes à osciller autour d'au moins un axe parallèle au fil du rail, les marteaux comportant chacun un bras et une tête à leur extrémité libre. Selon l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens pour faire prendre au corps creux au moins deux positions selon la verticale, une première position dans laquelle les têtes des marteaux se trouvent à la hauteur du champignon du rail et une seconde position dans laquelle les têtes des marteaux se trouvent à la hauteur de l'âme du rail. L'ensemble constitué par le corps creux et les marteaux peut donc prendre au moins deux positions selon la verticale : - une position haute dans laquelle les têtes des marteaux sont à la hauteur du champignon du rail, de façon, en position angulairement éloignée, à le frapper au cours de leur mouvement d'oscillation alternativement sur ses faces interne et externe, - et une position basse dans laquelle les têtes des marteaux sont à la hauteur de l'âme du rail de façon, en position angulairement rapprochée, à former une 25 pince à rail apte à saisir le rail en vue de son levage. Le corps peut prendre la forme d'une pièce tubulaire de section sensiblement carrée, les marteaux étant reliés au corps par sa partie inférieure. Avantageusement, le dispositif peut comporter en outre un moyen de verrouillage des marteaux en position rapprochée. 30 Pour des raisons de sécurité, il est indispensable de verrouiller la pince à rail en position fermée lorsque le rail est levé, car des opérateurs doivent disposer sous le rail des rouleaux de faible diamètre, puis enlever ces mêmes rouleaux. Avantageusement, le moyen de verrouillage des marteaux peut comprendre un manchon apte à coulisser autour du corps et à prendre au 5 moins une position dans laquelle il enserre les bras desdits marteaux lorsqu'ils se trouvent en position angulairement rapprochée. Le manchon peut par exemple prendre deux positions, une position haute dans laquelle il enserre le corps, et une position basse dans laquelle, tout en restant relié au corps, il enserre les bras des marteaux lorsqu'ils forment une 10 pince à rail. Le verrouillage est ainsi obtenu sans avoir à appliquer d'effort mécanique. Avantageusement le mouvement desdits marteaux peut être commandé par au moins un premier actionneur solidaire dudit corps de façon à ce que l'angle qu'ils forment prenne au moins deux valeurs : 15 - une valeur voisine de 0° en position pince à rail, - une valeur comprise entre 90° et 160°, de préférence voisine de 135° en position frappeur de rail. Lorsqu'ils sont en position « frappeur », les marteaux peuvent être écartés d'un angle constant compris entre 900 et 160°, de préférence voisin de 20 135°, et osciller ensemble de façon à frapper alternativement le champignon du rail sur sa face interne et externe. Lorsqu'ils sont en position pince à rail, les marteaux sont rapprochés et l'angle qu'ils forment est donc voisin de 0°. L'invention porte également sur un ensemble comprenant au moins un dispositif selon l'invention et : 25 - un support, - des moyens de liaison entre le support et le corps d'au moins un dispositif, les moyens de liaison comportant au moins un deuxième actionneur pour déplacer le corps entre deux positions distinctes verticalement par rapport au rail, 2957613 -5 une première position dans laquelle les têtes des marteaux se trouvent à la hauteur du champignon du rail de façon à pouvoir le frapper au cours de leur mouvement d'oscillation, et une seconde position dans laquelle les têtes des marteaux se trouvent à la 5 hauteur de l'âme du rail et peuvent former une pince à rail apte à saisir le rail sous le champignon en vue de son levage. Le corps auquel sont reliés les marteaux est solidaire d'un support par l'intermédiaire d'au moins un actionneur, par exemple un vérin ou tout autre moyen d'actionnement mécanique, de façon à pouvoir déplacer le corps et les 10 marteaux dans un plan vertical. On permet ainsi au corps et aux marteaux de prendre au moins une position haute pour frapper le rail et une position basse pour saisir et lever le rail. Avantageusement, le support peut comprendre une potence comportant deux jambes destinées à prendre appui sur le ballast ou une traverse, et au 15 moins un troisième actionneur pour lever le rail lorsque les marteaux en position de pince à rail enserrent le rail. La potence peut par exemple comporter un vérin dans chaque jambe, dont la partie mobile peut prendre appui sur le ballast ou une traverse, de façon à exercer une force verticale sur la potence en vue de lever le rail. 20 Avantageusement, le dispositif peut comporter en outre un moyen de contrôle û commande agencé de façon à : - commander l'au moins un premier actionneur des marteaux de façon qu'ils frappent alternativement le champignon du rail au cours de leur mouvement d'oscillation, 25 - commander l'au moins un deuxième actionneur pour déplacer ledit corps entre deux positions distinctes verticalement par rapport au rail, - commander l'au moins un troisième actionneur en vue de lever le rail. Avantageusement, le moyen de contrôle û commande est agencé de façon à : 30 - ne commander le mouvement d'oscillation des marteaux que lorsque le corps et le manchon sont en position haute, - 6 - ne commander le levage du rail que lorsque les marteaux sont position de pince à rail et le manchon est en position basse. Le fonctionnement du dispositif peut être automatisé si un moyen de contrôle ù commande, par exemple un automate programmable, commande les différents actionneurs du dispositif. Le bon fonctionnement du dispositif impose cependant des règles logiques : - ne commander le mouvement d'oscillation des marteaux que lorsque le corps et le manchon sont en position haute, de façon d'une part à ne pas frapper l'âme du rail et d'autre part à ce que le manchon ne gêne pas le mouvement d'oscillation des marteaux, - ne commander le levage du rail que lorsque les marteaux sont position de pince à rail et le corps et le manchon sont en position basse ; le levage du rail ne peut s'effectuer que si le corps a été placé en position basse, si les marteaux sont en position de pince à rail et si le manchon, en position basse, enserre les bras des marteaux par mesure de sécurité. L'invention porte également sur un engin de maintenance de voie ferrée comportant au moins un ensemble de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer et de levage de rail selon l'invention. Cet engin de maintenance peut prendre la forme d'un véhicule motorisé, apte à se déplacer sur la voie ferrée, par exemple un « lorry ». Ce « lorry » peut comporter un poste de pilotage pour un opérateur ainsi qu'un coffre pour emporter l'outillage nécessaire, notamment les rouleaux de petit diamètre destinés à être glissés sous le rail une fois soulevé. On réduit 25 ainsi le temps nécessaire à ces opérations. Avantageusement, le moyen de contrôle ù commande peut ajuster la fréquence de frappe des marteaux en fonction de la vitesse de déplacement de l'engin. Le moyen de contrôle ù commande peut par exemple faire en sorte que 30 cette fréquence de frappe soit proportionnelle à la vitesse de progression du « lorry », de sorte que l'écart en distance des frappes sur le rail soit constant. 2957613 -7 Le moyen de contrôle ù commande peut également permettre d'ajuster la force de frappe en fonction de la condition de contrainte du rail mesurée au préalable. 5 Des modes de réalisation et des variantes seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente une vue explosée du dispositif en perspective, 10 Les figures 2A et 2B représentent le dispositif en élévation en position « frappeur » et en position pince à rail, respectivement, Les figures 3A et 3B représentent deux dispositifs montés sur un support, en position « frappeur » et en position pince à rail, 15 respectivement. Comme illustré en figures 1, 2A et 2B, le dispositif comporte un corps creux 1, de forme tubulaire à section sensiblement carrée. Dans sa partie basse, le corps 1 comporte deux joues la et lb, chacune comportant une 20 ouverture 1c et 1d (non visible). Deux marteaux 2 et 3 sont montés pivotants côte à côte sur un axe commun Z-Z' passant par ces ouvertures. Comme illustré en figures 2A et 2B, l'axe Z-Z' est, en utilisation, aligné avec le fil du rail. Dans un autre mode de réalisation, les marteaux pourraient être montés pivotants sur deux axes différents. Les marteaux 2 et 3 sont représentés comprenant deux bras espacés 2a, 2b et 3a, 3b, reliés à leur extrémité libre par leur tête respective 2c et 3c, mais ils pourraient être constitués d'un seul bras. Les têtes 2 et 3 présentent des surfaces sensiblement planes en regard l'une de l'autre munies chacune d'une plaquette de matériau ductile 12 et 13. Les marteaux 2 et 3 comportent à leur autre extrémité des ouvertures 2d et 3d par lesquelles passe l'axe Z-Z'. 2957613 -8 Le mouvement de rotation des têtes autour de l'axe Z-Z' est commandé par des actionneurs 4, 5, par exemple des vérins, montés à l'intérieur du corps 1 par l'intermédiaire de plaques de fixation 6 et 7. A leur autre extrémité, ils sont reliés aux marteaux 2 et 3 par des excroissances 2e (non visible) et 3e 5 voisines des ouvertures 2d et 3d. Ces vérins commandent la position angulaire des marteaux. Ils peuvent notamment imprimer aux marteaux 2 et 3 un mouvement d'oscillation dans un plan orthogonal au fil du rail, dans lequel l'angle A entre les marteaux reste sensiblement constant, l'ensemble oscillant de façon à ce que chaque marteau pour frappe le rail 10 alternativement sur 10 une face du champignon l0a puis l'autre. L'angle A des marteaux en position frappeur est compris entre 90° et 160°, mais une valeur voisine de 135° est préférée. Dans une première variante du dispositif, l'angle A des marteaux en position frappeur est fixe, dans une seconde variante le dispositif comporte des moyens de réglage de l'angle A à l'intérieur d'une plage en fonction des 15 conditions d'utilisation, par exemple en fonction de la force et/ou de la fréquence de frappe souhaitées. Lorsque les marteaux sont rapprochés, en position pince à rail, l'angle A est bien entendu voisin de 0°. Le dispositif comporte en outre un manchon 8 qui peut coulisser autour du corps 1. Le manchon 8 comporte des fenêtres allongées verticalement 8a et 20 8b. Le mouvement de coulissement du manchon 8 est limité dans le sens vertical par une pièce axiale (non représentée) parallèle à l'axe Z-Z' qui prend place dans des ouvertures 1d et le du corps 1. Cette pièce axiale traverse les fenêtres 8a et 8b, de sorte qu'elle limite le débattement vertical de la pièce 8. Par ailleurs, la pièce axiale est munie à ses deux extrémités de têtes 9a et 9b 25 (non visible) qui ont un diamètre supérieur à la largeur des fenêtres de telle sorte qu'elles maintiennent en place le manchon 8. Le manchon 8 comporte sur une face, à proximité de sa base, un levier 8c permettant à l'opérateur de faire coulisser le manchon verticalement sur le corps 1. Alternativement, ce manchon pourrait être commandé par des moyens 30 mécaniques tels que des vérins, non représentés. 2957613 -9 En position haute du manchon 8, comme illustré en figure 2A, les marteaux 2 et 3 sont libres d'osciller et peuvent donc frapper le champignon 10a du rail 10 ; en position basse, le manchon 8 enserre les marteaux 2 et 3, qui forment alors une pince à rail, comme illustré en figure 2B. 5 Les marteaux 2 et 3 présentent au niveau de la liaison entre leur bras 2a, 2b et 3a, 3b et leur tête 2c, 3c des concavités 2d et 3d qui épousent en creux les formes de la liaison entre le champignon l0a et l'âme 10b du rail 10. De cette façon, lorsqu'en position pince à rail, les marteaux enserrent le champignon et l'âme du rail, ils ne présentent pas d'aspérité ou de ligne 10 anguleuse sous le champignon du rail, qui risquerait de le blesser lors du levage. Les figures 3A et 3B illustrent un ensemble 20 comportant deux dispositifs frappeurs et de levage de rail Dl et D2. Cet ensemble comporte un support comprenant une poutre transversale 21 et deux « jambes » 22 et 23. 15 Chaque dispositif est relié : - à la poutre transversale 21 par un mécanisme à genouillère 24, 25, actionné par un levier 24a, 25a, - et à une « jambe » respective par un bras 26a, 26b, dont la fonction est de maintenir le dispositif dans un plan vertical. 20 Il est évident que chaque dispositif Dl, D2 pourrait être relié au support par le biais d'autres moyens permettant de lui faire prendre au moins deux positions dans le plan vertical, par exemple un vérin. A la figure 3A, l'ensemble est représenté en position de « frappeur » de rail. Les dispositifs Dl et D2 sont en position haute et les marteaux en position 25 angulairement éloignée, de sorte que les têtes des marteaux sont à la hauteur du champignon des rails et les frappent alternativement dans leur mouvement d'oscillation (flèches 30 et 31). A la figure 3B, l'ensemble est représenté en position de levage de rail. Les dispositifs Dl et D2 sont en position basse et les marteaux en position 30 rapprochée de façon à former une pince à rail. Le manchon 8 de chaque dispositif enserre les marteaux de façon à sécuriser la pince à rail. Chaque 2957613 -10- « jambe » 22, 23 comporte un vérin et la partie mobile 27, 28 de chaque vérin est déployée pour prendre appui sur l'extrémité respective d'une traverse. De façon alternative, les vérins peuvent prendre appui sur le ballast environnant. L'actionnement des vérins 22, 23 permet de soulever légèrement les rails de 5 façon à pouvoir glisser des rouleaux entre la traverse et la semelle du rail. Dans un autre mode de réalisation, chaque dispositif pourrait être associé à son propre support. Chaque ensemble présente alors une meilleure rigidité et cette disposition présente l'avantage de pouvoir traiter chaque rail séparément. 10 Revendications1. Dispositif pour la libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer et pour le soulèvement du rail, comportant deux marteaux (2, 3) solidaires d'un corps creux (1), les marteaux (2, 3) étant aptes à osciller autour d'au moins un axe parallèle au fil du rail, les marteaux comportant chacun un bras (2a, 2b, 3a, 3b) et une tête (2c, 3c) à leur extrémité libre, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour faire prendre au corps creux (1) au moins deux positions selon la verticale, une première position dans laquelle les têtes des marteaux se trouvent à la hauteur du champignon (10a) du rail et une seconde position dans laquelle les têtes des marteaux se trouvent à la hauteur de l'âme (10b) du rail. 2. Dispositif de libération des contraintes internes dans un rail de 15 chemin de fer selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de verrouillage des marteaux (2, 3) en position rapprochée. 3. Dispositif de libération des contraintes internes dans un rail de 20 chemin de fer selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de verrouillage des marteaux comprend un manchon (8) apte à coulisser autour dudit corps (1) et à prendre au moins une position dans laquelle il enserre les bras (2a, 2b, 3a, 3b) desdits marteaux (2, 3) lorsqu'ils se trouvent en position angulairement rapprochée. 25 4. Dispositif de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface des têtes (2c, 3c) desdits marteaux destinée à frapper le rail comporte un matériau ductile (12, 13), de façon à éviter le choc 30 métal contre métal. 2957613 -12- 5. Dispositif de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits marteaux (2, 3) pivotent autour d'un axe commun (Z-Z'). 5 6. Dispositif de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mouvement d'oscillation desdits marteaux (2, 3) est commandé par au moins un premier actionneur (4, 5) solidaire dudit corps (1), 10 de façon à ce l'angle (A) que forment les marteaux prenne au moins deux valeurs : - une valeur voisine de 0° en position pince à rail, - une valeur comprise entre 90° et 160°, de préférence voisine de 135° en position frappeur de rail. 7. Dispositif de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'au moins un premier actionneur (4, 5) est monté à l'intérieur dudit corps (1). 8. Ensemble (20) pour la libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif (Dl, D2) selon l'une des revendications précédentes et en outre : - un support, - des moyens de liaison entre le support et le corps de l'au moins un dispositif (Dl, D2), les moyens de liaison comportant au moins un deuxième actionneur (24, 25) pour déplacer ledit corps entre deux positions distinctes verticalement par rapport au rail, 2957613 - 13 - une première position dans laquelle les têtes des marteaux se trouvent à la hauteur du champignon du rail de façon à le frapper au cours de leur mouvement d'oscillation, et une seconde position dans laquelle les têtes des marteaux se trouvent à la 5 hauteur de l'âme du rail de façon à former une pince à rail apte à saisir le rail en vue de son levage. 9. Ensemble de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer selon la revendication 8, 10 caractérisé en ce que le support comprend une potence comportant deux jambes (22, 23) destinées à prendre appui sur le ballast ou une traverse, et au moins un troisième actionneur (27, 28) pour lever le rail lorsque les marteaux en position de pince à rail enserrent le rail. 15 10. Ensemble de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de contrôle û commande agencé de façon à : - commander l'au moins un premier actionneur (4, 5) des marteaux (2, 3) de 20 façon qu'ils frappent alternativement le champignon (10a) du rail au cours de leur mouvement d'oscillation, - commander l'au moins un deuxième actionneur (24, 25) pour déplacer ledit corps (1) entre deux positions distinctes verticalement par rapport au rail, - commander l'au moins un troisième actionneur (27, 28) en vue de lever le 25 rail. 11. Ensemble de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer selon la revendication 10, caractérisé en ce le moyen de contrôle û commande est agencé de façon à : - ne commander le mouvement d'oscillation des marteaux que lorsque le corps (1) et le manchon (8) sont en position haute, 2957613 -14- - ne commander le levage du rail que lorsque les marteaux sont position de pince à rail et le corps (1) et le manchon (8) sont en position basse. 12. Engin de maintenance de voie ferrée comportant au moins un 5 ensemble de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer et de levage de rail selon l'une des revendications 8 à 11. 13. Engin de maintenance de voie ferrée selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un véhicule apte à se déplacer sur la voie 10 ferrée. 14. Engin de maintenance de voie ferrée selon la revendication 13, comportant au moins un ensemble de libération des contraintes internes dans un rail de chemin de fer selon l'une des revendications 10 ou 11, 15 caractérisé en ce que le moyen de contrôle û commande ajuste la fréquence de frappe des marteaux en fonction de la vitesse de déplacement de l'engin.