Brevet FR2952339A1 — publié le 20110513

Procédé de rénovation et de modernisation d'une locomotive L'invention concerne un procédé de rénovation et de modernisation d'une locomotive, consistant à remplacer un certain nombre d'équipement d'une locomotive ancienne par des équipements modernes, plus fiables et plus performants et nécessitant moins de maintenance ou une maintenance plus simple, plus facile et moins coûteuse. II existe actuellement en France un parc relativement important de locomotives anciennes, connues sous la dénomination BB63500, qui datent de 1950-1960 et qui sont destinées essentiellement aux manoeuvres en raison de leur robustesse et de leur souplesse d'utilisation. Il est difficile de remplacer ces machines par des neuves, car il existe peu d'engins de substitution sur le marché, leurs délais de livraison sont très longs (1 à 2 ans) et leurs coûts sont élevés (environ 2 millions d'euros). L'invention a pour but de fournir une solution simple, efficace, et économique à ce problème, par transformation de locomotives existantes. Elle propose à cet effet un procédé de rénovation et de modernisation d'une locomotive équipée de moteurs de traction électriques alimentés par une génératrice entraînée par un moteur diesel, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement : - à remplacer le moteur diesel et la génératrice de la locomotive par un moteur diesel moderne et un alternateur redressé, - et à installer des moyens de commande de vitesse permettant une progression linéaire de la vitesse depuis la mise en mouvement d'un convoi 25 tiré par la locomotive jusqu'à une vitesse maximale autorisée. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste également à remplacer la cabine de la locomotive par une cabine suspendue sur plots antivibrations, conforme aux normes d'accès actuelles et comportant deux postes de conduite installés en diagonale dans la 30 cabine, pour la conduite de la locomotive face à la marche dans les deux sens de marche. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste également à installer sur la locomotive de nouveaux équipements de sécurité et d'aide à la maintenance, ainsi que des équipements de commande pour une utilisation en unité multiple, comprenant des moyens d'asservissement par automates programmables, un réseau informatique de dialogue entre automates et des moyens de coordination du circuit de traction et de freinage. Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention, ce procédé consiste également à : - installer dans la locomotive un dispositif anti-patinage pour l'amélioration des performances de traction, - installer un système d'inhibition de la traction par le freinage, ainsi qu'un système d'arrêt d'urgence, un feu supplémentaire de signalisation, des systèmes de sécurité ATESS, KVB (contrôle de vitesse par balise) et une radio sol-train. L'invention permet ainsi d'apporter un remède à la vétusté du parc des locomotives du type BB63500, de diminuer les coûts de maintenance préventive, et de respecter les normes environnementales tout en garantissant des performances au moins égales à celles qui sont actuellement atteintes par ce type de machine sur le réseau français. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de côté d'une locomotive selon l'invention ; - la figure 2 est un diagramme schématique des principaux équipements de cette locomotive ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective de la cabine de 30 la locomotive selon l'invention. La locomotive 10 représentée en figure 1 est du type BB63500 (appellation SNCF) et comprend deux bogies 12 à deux essieux portant chacun deux roues 14 pour le déplacement de la locomotive sur des rails parallèles 16, de façon classique. Le châssis 18 de la locomotive porte une cabine de pilotage 20 située au-dessus d'un des bogies 12. Cette locomotive a une longueur hors tout de 14,68 mètres, une largeur de 2,8 mètres, une hauteur de 4,272 mètres et une masse totale de 68 tonnes. Le diamètre des roues est de l'ordre d'un mètre. Sa vitesse maximale en traction est de 80 km/h, la puissance maximale à la jante étant de 480 kW et l'effort au démarrage de 150kN. A l'origine, cette locomotive était équipée d'un moteur diesel associé à une génératrice électrique pour l'alimentation des moteurs de traction électrique associés aux essieux de la locomotive. L'invention consiste à remplacer le moteur diesel d'origine et la génératrice électrique de la locomotive par un moteur diesel de nouvelle génération d'une puissance de 560kW (760ch) avantageusement issu d'un moteur développé pour une application autorail, qui est homologué et qui permet de répondre aux exigences requises en termes de performances, de logistique et de normes environnementales tout en étant compatible avec les contraintes fonctionnelles, techniques et d'interface de la locomotive. Ce moteur est entièrement géré par un boîtier électronique qui reçoit des consignes de régime par l'intermédiaire d'un circuit informatique. Ce moteur diesel entraîne directement un groupe hydraulique qui sert à l'entraînement des systèmes de ventilation des moteurs de traction, d'un compresseur, d'un ventilateur d'une tour de refroidissement et des moyens de ventilation d'un groupe de refroidissement d'une bâche à huile hydraulique. La liaison entre le moteur diesel et le groupe hydraulique est réalisée par un accouplement d'un type classique et un joint de cardan. La génératrice électrique de la locomotive est remplacée par un alternateur triphasé associé à un redresseur à pont de Graetz. Les moteurs électriques de traction de la locomotive sont conservés et un générateur d'impulsions est installé sur chaque moteur de traction, pour information d'une fonction anti-patinage. Plus précisément, la locomotive est équipée de codeurs incrémentaux implantés chacun sur un moteur de traction, ces codeurs générant une fréquence transmise à un contrôleur qui calcule en permanence les vitesses de rotation des quatre essieux de la locomotive. Un patinage est détecté si l'écart de vitesse entre l'essieu le plus rapide et l'essieu le plus lent dépasse une valeur prédéterminée, par exemple de 2km/h environ, et un cycle anti-patinage est alors déclenché, consistant à réduire, par exemple de 50%, une consigne de tension, puis à l'augmenter progressivement pendant une durée prédéterminée, par exemple de 10 secondes, pour revenir à la valeur initiale de la consigne. Si un nouveau patinage est détecté pendant cette phase, le système 15 recommence un cycle de réduction et d'augmentation progressive de la consigne de tension. Dans le schéma de la figure 2, les références 10 et 10' désignent deux locomotives selon l'invention, qui sont destinées à être utilisées en unité multiple pour la traction d'un convoi. Chaque machine 10, 10' est 20 équipée d'un contrôleur 22 qui reçoit des consignes d'une interface homme-machine 24 reliée elle-même par des systèmes de sécurité 26 au moteur diesel 28 d'entraînement de l'alternateur et à une baie de puissance 32 alimentant en énergie électrique les moteurs de traction 34 associés aux essieux de la locomotive. Des informations relatives au fonctionnement des 25 moteurs de traction 34 sont fournies par des capteurs appropriés au contrôleur 22 qui peut transmettre des informations correspondantes à un afficheur 36 d'aide à la conduite. Comme la cabine de la locomotive selon l'invention comprend deux postes de conduite, l'interface homme-machine 24 et l'afficheur d'aide à la 30 conduite 36 sont installés en double dans la cabine. L'interface homme-machine 24 est également reliée à des moyens 38 de freinage, eux-mêmes équipés de capteurs appropriés reliés au contrôleur 22. L'interface homme-machine 24 est encore reliée à différents systèmes de sécurité (ATESS, KVB) et à une radio sol-train ou GSM-R. Pour une utilisation en unité multiple, les deux contrôleurs 22 des machines 10, 10' sont reliés entre eux par des moyens de communication 40. Les consignes des moteurs diesel et de traction sont transmises du contrôleur 22 de la machine menante au contrôleur 22 de la machine menée via les moyens 40. La machine menée intègre la consigne de traction reçue de la machine menante et régule sa traction en fonction de cette valeur. La régulation de la machine menée est indépendante de la machine menante. La nouvelle cabine 20 de la locomotive est représentée plus en détail en figure 3. Elle comprend deux postes de conduite 42 installés en diagonale dans la cabine, permettant la conduite de la locomotive dans deux directions opposées. Cette cabine est montée sur le châssis par l'intermédiaire de plots anti-vibration, de façon à respecter les normes relatives à la protection contre le bruit. Pour l'essentiel, chaque poste de conduite 42 comprend des panneaux 44 d'affichage et de visualisation, un écran 46 d'interface pour la radio sol-train 48, des écrans de manomètre 50, un indicateur de vitesse 52, des commandes 54 de moteur diesel et d'essai de VACMA (veille automatique à contrôle de maintien d'appui), une commande 56 d'arrêt d'urgence, des commandes 58 de traction et de VACMA, et d'autres afficheurs, moyens de commande et voyants d'un type classique. Une pédale VACMA est installée sous le pupitre de chaque poste de conduite 42. Les systèmes ATESS et KVB et divers équipements sont logés dans des armoires 60 adjacentes au poste de conduite. Les nouveaux équipements de la locomotive selon l'invention comprennent des moyens de mise en oeuvre d'une consigne d'effort continu, délivrée par le manipulateur de traction pour permettre au conducteur de réaliser une progression linéaire en vitesse, depuis la mise en mouvement d'un convoi jusqu'à l'obtention d'une vitesse maximale autorisée. La progression linéaire de la vitesse est obtenue à partir de la lecture de signaux fournis par des capteurs disposés sur chaque moteur de traction et qui représentent la vitesse de la locomotive. Cette vitesse est analysée et comparée à une consigne d'effort donnée par le conducteur au moyen du manipulateur de vitesse afin d'ajuster l'effort pour obtenir une progression linéaire de la vitesse de la locomotive. Ces signaux sont également utilisés pour comparer les vitesses des quatre moteurs de traction et mettre en oeuvre automatiquement une réduction de l'effort de traction si un signal traduit un fonctionnement anormal du moteur correspondant. La locomotive est par ailleurs dotée de nouveaux équipements totalement compatibles avec une utilisation en unité multiple et comprenant notamment un asservissement par automates programmables et un réseau informatique de dialogue entre automates, et une uniformisation du circuit de traction et de freinage pour obtenir des performances homogènes. L'automate programmable principal comprend deux processeurs (l'un maître et l'autre esclave) qui peuvent dialoguer en interne ou fonctionner de façon indépendante, et il est raccordé à des afficheurs installés sur les pupitres de commande dans la cabine, à un automate programmable auxiliaire qui permet d'augmenter le nombre d'entrées-sorties de l'asservissement, à un module électronique recevant des signaux de température de l'alternateur et du redresseur et générant des consignes de tension et d'intensité appliquées à des circuits de régulation de l'alternateur, et à un automate programmable de gestion du moteur diesel de la locomotive. Un dispositif anti-patinage est également installé pour améliorer les performances, ainsi qu'un système d'inhibition de la traction par le freinage et un système d'arrêt d'urgence. Des systèmes de sécurité ATESS, KVB et une radio sol-train sont en outre installés, comme déjà indiqué. Le système ATESS regroupe un calculateur tachymétrique, la VACMA (veille automatique à contrôle de maintien d'appui), la fonction BRS (répétition des signaux par brosse et crocodile), la fonction DAAT (dispositif d'arrêt automatique des trains), et une fonction enregistreur. Une console écran-clavier et un système audio, associés au générateur ATESS, sont installés sur l'armoire avant de la cabine. Le calculateur tachymétrique mesure la vitesse au moyen de deux capteurs à réluctance magnétique variable, montés sur deux essieux de la locomotive. II fournit la vitesse et la distance parcourue aux indicateurs de vitesse, au DAAT, à la VACMA et à l'enregistreur. Le système BRS est destiné à capter une signal fermé (une tension positive), un signal ouvert (une tension négative), à alerter le conducteur par un signal sonore et un signal lumineux, provoquer un freinage d'urgence si le conducteur ne réagit pas, et enregistrer l'état du signal. Le système DAAT assure un arrêt automatique quand il y a franchissement intempestif d'un point équipé d'un crocodile DAAT. La fonction enregistreur est assurée par un sous-système ATESS sur une cassette amovible ou dans une mémoire interne. Le système KVB assure le contrôle continu de la vitesse du train, qui doit rester en-dessous d'une valeur limite, de la décélération lors d'une transition entre deux valeurs limites de la vitesse, et de l'arrêt à l'approche des signaux. II comprend un sous-système au sol (codeurs et balises) et un sous-système à bord (une antenne, un calculateur principal et une interface conducteur en cabine). Les informations de vitesse du train sont fournies au KVB par l'ATESS. La radio sol-train ou GSM-R permet au train de communiquer avec les postes de régulation du trafic ferroviaire, d'informer les agents de conduite, et de diffuser des informations au trafic ferroviaire et à la maintenance.5 Revendications1. Procédé de rénovation et de modernisation d'une locomotive équipée de moteurs de traction électriques alimentés par une génératrice entraînée par un moteur diesel, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement : à remplacer le moteur diesel et la génératrice de la locomotive par un moteur diesel moderne (28) et par un alternateur redressé (30), et à installer des moyens de commande de vitesse permettant une progression linéaire de la vitesse depuis la mise en mouvement d'un convoi tiré par la locomotive jusqu'à une vitesse maximale autorisée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste également à remplacer la cabine de la locomotive par une cabine (20) suspendue sur plots antivibrations, conforme aux normes d'accès actuelles et comportant deux postes de conduite (42) installés en diagonale dans la cabine pour la conduite de la locomotive face à la marche dans les deux sens de marche. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste également à installer sur la locomotive de nouveaux équipements de sécurité et d'aide à la maintenance. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à installer sur la locomotive des équipements de compatibilité avec une utilisation en unité multiple, comprenant des moyens d'asservissement par automates programmables, un réseau informatique de dialogue entre automates, et des moyens de coordination du circuit de traction et de freinage. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste également à installer dans la locomotive un dispositif anti-patinage, pour l'amélioration des performances de traction. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à installer dans la locomotive un systèmed'inhibition de la traction par freinage, un système d'arrêt d'urgence, un feu supplémentaire de signalisation, des systèmes de sécurité ATESS, KVB et une radio sol-train.