Brevet FR3051201A1 — publié le 20171117

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif d'enregistrement de la géométrie du ballast pour le contrôle sécuritaire des circulations ferroviaires, l'organisation logistique et économique des approvisionnements de ballast et plus particulièrement sur l'aspect sécurité du personnel chargé de ces opérations. Etat de la technique Les voies ferrées étant constituées de deux files de rails liées par des traverses encastrées dans le ballast. Le ballast joue un rôle majeur dans la stabilité des voies. Pour ce faire, il existe différents types de profils de ballast selon le tracé géométrie ou selon les conditions de circulations. En termes de géométrie il existe les profils plats pour les alignements et points singuliers tel les ouvrages, passages à niveaux ou appareils de voie (appelé aussi aiguillage), puis les profils renforcés dans les courbes sur des voies équipées de traverses en béton et les profils supers renforcés concernant les voies en courbes équipées de traverses bois, a cela vient s'ajouter un gabarit de profil spécifique appelé GAF (Gabarit Autoroute Ferroviaire), il ne change pas les conditions géométriques mais impose un certain dégagement entre les profils de ballast extérieur et le rail. Le gabarit GAF n'est repris que sur les tronçons de ligne permettant la circulation d'un certain type de wagons. Afin d'assurer ces conditions de profils de ballast des voies ferrées, des tournées s'effectues via des agents qui se déplacent sur la piste plus ou moins carrossable située le long des voies en circulations, ce qui peut mettre en danger le personnel opérationnel et plus particulièrement pour le Gabarit d'AutoRoute Ferroviaire ou le personnel doit obligatoirement effectuer ces contrôles avec un petit chariot sur les voies, entre deux circulations de trains ou sur des périodes d'interceptions très courtes, ce qui engendre de fortes incidences financières au vu du nombre de kilomètres à effectuer pour contrôler l'ensemble du réseau ferroviaire. Au passage des trains des vibrations sont répercutées dans les rails puis par conséquence vers les traverses qui sont amorties par le ballast d'où son rôle important, mais ce phénomène entraine directement des dégradations sur le profil du ballast d'où l'obligation de maintenir les profils conformes. Afin de remettre en conformité les profils de ballast, on utilise des engins de type régaleuses qui, selon le degré de dégradation peuvent profiler le ballast afin de le remettre en conformité. Selon les besoins de matière il est tout à fait possible de décharger du ballast via des trains de travaux. Les contrôles automatisés actuelles ne prennent pas en charge le Gabarit Autoroute Ferroviaire et ne peuvent s'effectuer que de nuit du fait de la technologie et 3051201 2 ceux à petite vitesse sur un seul engin (Locomotive travaux). La disponibilité et les conditions d'utilisations de cet engin étant complexes, il est impératif de complèmenter ces contrôles de jour par des agents circulants le long des voies ferrées. Les approvisionnements s'effectuent selon des moyennes nationales sans tenir compte réellement des besoins, ce qui implique des conséquences financières. But de l'invention La présente invention a pour but d'enregistrer la géométrie du ballast en voie pour le contrôle sécuritaire et la gestion logistique et financière. L'optimisation des enregistrements sans contraintes particulières du fait de son installation sur tous les types de locomotives pouvant circuler jusqu'à cent kilomètres par heure de jour comme de nuit, quelles que soient les conditions météorologiques sur les lignes classiques ou lignes à grande vitesse, par ce procédé les contrôles visuels effectués par des agents n'ont plus lieu, donc plus de risques de heurts du personnel avec une exploitation précise des données afin d'optimiser et d'organiser aisément les travaux ou les achats de matières avec précision. Exposé et avantage de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'enregistrement de la géométrie du ballast sur les voies ferrées en exploitation caractérisée en ce que : o On installe un portique magnétique ultra léger placé sur la face avant ou arrière d'une locomotive. o L'enregistrement s'effectue jusqu'à cent kilomètres par heure de jour comme de nuit sans contraintes météorologiques. o L'équipement est adaptable quel que soit le type de locomotives et transportable facilement d'un lieu à un autre. o En extrémité de ce portique est fixé un scanner. o Installation du scanner simplifié sans aucunes contraintes de réglage à la mise en service. o Le scanner enregistre des coupes transversales constituée de cent vingt points de mesure sur une largeur de six mètres. o On enregistre ces coupes transversales linéairement en pas de dix centimètres à une vitesse de cent kilomètres par heure. o Repérage de la position précise de chaque acquisition via un odomètre radar sans aucun contact avec les organes mobiles de la locomotive. o Contrôle visuel des coupes transversales lors de l'enregistrement et de l'odométrie. 3051201 3 o Lors de l'enregistrement analyses volumétrique par comparaison des données relevées avec les profils types préenregistrés. o Elaboration en post traitement de documents numériques et graphiques. L'invention porte avantageusement sur les critères de sécurité du personnel n'ayant plus à se déplacer sur la voie ferrée, ni aux abords de celle-ci. Le dispositif selon l'invention permet d'avoir un équipement ultra léger pour une installation simplifié et adaptable sur tous les types de locomotives et transportable en véhicule quel que soit l'endroit où l'on veut réaliser des relevés. Enregistrement jusqu'à cent kilomètres par heure de jour comme de nuit sans contraintes météorologiques. Acquisition des données simplifiées par le scanner sans aucuns réglages à effectuer lors de l'installation sur une locomotive. Le programme multi modules accompagnant le scanner permet d'effectuer différentes analyses afin de pallier aux contrôles sécuritaires effectués auparavant par inspections humaines de la géométrie des profils de ballast et gabarits autoroutes ferroviaires ainsi que dans la gestion logistique, organisationnelle et financière des approvisionnements. Dessins Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le scanner (1) et l'odomètre radar (2) positionnés sur la face avant d'une locomotive. La figure 2 représente le scanner (1) installé sur le portique magnétique (3) et l'odomètre (2) installé en vue de profil d'une locomotive. La figure 3 représente la vue de coupe d'une voie avec son profil de ballast, les banquettes (4) placées de part et d'autre de la voie, et les têtes extérieurs et intérieur (5). La figure 4 représente la vue d'une tranche d'acquisition du scanner (1) par un arc de vision (6). La figure 5 représente le principe du contrôle lors de l'enregistrement et des analyses de calcul effectué pour l'ensemble des données de sortie, soit un profil type (4) et la reconstitution des valeurs relevées (7) en superposition, la différence (8) représente les excédents ou insuffisances de ballast sur une tranche enregistrée. La figure 6 représente le principe de la répartition des couloirs pour les calculs et analyse du graphique quadrillé tel les têtes (10) et les banquettes (9) de part et d'autre de la voie. 3051201 4 La figure 7 représente un exemple de graphique quadrillé en pas de 10 mètres avec les Points Kilométriques [PK] (12), les banquettes [B1-B2] (11) les couloirs représentants les têtes extérieurs [F1-F4] (13) et intérieur [F2-F3] (13) de part et d'autres des files de rails, puis suite à l'analyse numérique le tonnage moyen (14) par zone de cent mètres. La figure 8 représente des exemples de check liste d'analyse numérique en zones critiques (15), excédentaires (16) puis un listing de la moyenne par zones (17) modulable selon les exigences du client. Descriptif d'un mode de réalisation de l'invention La présente invention a pour objet de palier à l'ensemble des contraintes actuelles tel exposés via un système d'acquisition embarqué sur n'importe quels types de locomotives ou trains voyageurs pouvant atteindre une vitesse de cent kilomètres par heure de jour comme de nuit sans contraintes météorologiques. Un procédé d'enregistrement de tranches par scanner avec une acquisition de mesures précises à une fréquence linéaire et régulière ; puis une analyse est effectuée par comparaison afin d'en faire ressortir l'état des profils de ballast avec les excédents et insuffisances. A. Le premier aspect concerne l'installation d'un portique (3) magnétique ultra léger et sécurisé équipé d'un scanner (1) (de type industriel utilisé dans d'autres fonctions inverses) pouvant être placé à l'avant ou à l'arrière d'une locomotive ou train voyageur pouvant circuler dans les deux sens de circulation à une vitesse de cent kilomètres par heures. Ceci sans aucunes contraintes météorologiques de jour comme de nuit avec une facilité de déplacement d'une locomotive à l'autre quel que soit le type ou le lieu. B. Selon le mode de réalisation un Scanner (1) est fixé en tête du portique (3) qui est lui-même fixé sur la face avant ou arrière d'une locomotive (FIG 1 -FIG 2) C. La vitesse d'acquisition s'effectue à une vitesse moyenne de cent kilomètres par heures. D. La mise en service du scanner (1) est simplifiée par son calage zéro automatique, soit aucuns réglages à effectuer lors de l'installation sur une nouvelle locomotive. E. Le scanner enregistre des tranches (FIG 4) perpendiculaires a la voie sur une largeur de six mètres avec une mesure tous les cinq centimètres sur cette même tranche soit cents vingt points mesurés avec une précision de plus ou moins cinq millimètres et ceci en continu selon l'avancement de la locomotive avec une cadence d'acquisition tous les dix centimètres soit pour une zone de cent mètres une quantité de mille tranches ce qui correspond à un mappage de cent. vingt milles points. 3051201 5 F. L'acquisition des tranches perpendiculaires (FIG 4) s'effectue sur un plan de six mètres au niveau du plan de roulement « Surface du rail » ce qui englobe l'ensemble des profils de ballast (FIG 3-FIG 4) de la voie circulée ainsi que l'entrevoie de la voie contiguë. G. Ces tranches (FIG 5) sont analysées en comparaison avec des masques prédéfinis représentants le profil du ballast ou gabarit autoroute ferroviaire puis analysées dans la continuité afin d'évaluer la géométrie et les volumes de ballast. H. L'odométrie est acquise par un capteur radar (2) fixé au droit des tampons (FIG 1 FIG 2), aucuns contacts avec la surface de roulement et positionné à l'écart de tout éléments liés au contact machine rail sans aucunes contraintes d'installation. I. L'ensemble des données enregistrés par le scanner (1) sont transmises et mémorisées directement à un PC embraqué. J. Une seconde étape est réalisée afin d'exploiter et analysées les données mémorisées, les calculs s'effectues selon des critères de choix modulables a la volonté du client soit par zone d'un mètre minimum jusqu'à cent kilomètres avec un choix d'analyses de la surface transversale global ou en divisions (FIG 6) par couloir représentant les profils extérieurs (appelé aussi banquette) et des couloirs de chaque côté des rails représentant les têtes extérieurs et intérieurs des traverses soit pour cette option six couloirs analysés et calculés séparément. K. Les analyses traitées sont livrables sous forme de documents (FIG 7-FIG 8) tel : - Check liste des zones en insuffisance, la longueur des zones se module en fonction du degré d'insuffisance. - Check liste des zones en excédent, la longueur des zones se module en fonction du degré d'excédent. - Check liste par zones modulables à partir d'un mètre jusqu'à cent kilomètres permettant de définir l'action à mener soit ponctuellement ou sur l'ensemble d'un parcourt afin d'assurer la gestion des commandes et stock de ballast ou définir l'ampleur d'une intervention. - Un graphique quadrillé sous forme de pavé de couleurs reprenant les zones de cent mètres décomposés en six couloirs de dix mètres permettant de servir directement de support de travail sur site aux intervenants. - Représentation graphique 3D représentant l'ensemble d'un parcourt avec des variantes de couleurs pour les zones non conformes ou excédentaires. REVENDICATIONS180 1) Dispositif d'enregistrement pour le contrôle sécuritaire, et logistique du ballast en voie quel que soit le type de locomotives et de ligne caractérisé selon les étapes suivantes : 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par l'Installation d'un scanner (1) sur un portique magnétique (3) sur la face avant ou arrière d'une locomotive (FIG 1- 185 FIG 2) pouvant circuler à cent kilomètres par heure de jour comme de nuit sans contraintes météorologiques. 3) Dispositif d'enregistrement selon la revendication 1 ou revendication 2 caractérisé par l'installation simplifié et adaptable sur tous types de locomotives et déplaçable quel que soit le lieu. 190 4) Dispositif selon la revendications 1 ou revendication 2 caractérisé par l'acquisition des mesures à partir d'un scanner (1) avec une précision de plus ou moins cinq millimètres. 5) Nécessitant aucuns réglages à l'installation du matériel sur une locomotive. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par 195 l'acquisitions de tranches perpendiculaires à la voie (FIG 4) de largeur six mètres et linéairement tous les dix centimètres à cent kilomètres par heure. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'installation d'un odomètre à capteur laser (2) sans contact. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par 200 la comparaison des profils enregistrés avec des profils types. (FIG 5). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le contrôle géométrie et gabarit autoroute ferroviaire des profils de ballast. (FIG 5). 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'analyse numérique et graphique des données extraites des comparaisons selon 205 des configurations modulables pouvant être calculé sur des zones d'un mètre jusqu'à X kilomètres valorisant les zones en excès ou manque de ballast avec calcul des volumes.