Brevet FR3161227A1 — publié le 20251017

Procédé de réhabilitation de lames de fixation de rail dites « Nabla ® », comprenant les étapes suivantes : (a) sélection des lames Nabla ® parmi un ensemble de pièces ferroviaires, (b) identification des lames non brisées et sélection de ces lames, (c) contrôle de l’épaisseur et du galbe des lames,; (d) détermination de la raideur des lames; (e) détection de fissures dans les lames; (f) restauration des lames sélectionnées à l’issue des étapes a) à e) en vue de leur réutilisation. Installation pour la mise en œuvre du procédé Procédé de réhabilitation de lames de fixation de rail dites «Nabla ® » et dispositif de réhabilitation desdites lames L’invention se rapporte au domaine technique des pièces de fixation de rail, utilisées dans l’industrie ferroviaire. Plus particulièrement, l’invention concerne une lame dite « Nabla ® » de fixation de rail, constitutive du système d’attache élastique de rail Nabla ® . Dans le cadre de l’invention, les termes « lame de fixation de rail », « lame Nabla » et « crapaud Nabla » sont synonymes et peuvent être utilisés de manière interchangeable. Art antérieur Le système d’attache Nabla ® est un des systèmes d’attache de rail les plus utilisés en France. Il permet de fixer le rail sur une traverse. En pratique, ce système comprend une butée en plastique, une semelle de rail et une lame Nabla ® , fixées ensemble à l’aide d’un système d’ancrage, composé généralement d’un tirefond et d’une gaine isolante. Les lames sont fabriquées en métal, notamment en acier à ressort, et supportent un effort de serrage important. Aujourd’hui, les systèmes de fixation sont remplacés tous les 30 ans. Après cela, les lames utilisées sont écartées et mises au rebut. Or, dans le cadre d’une économie durable, il existe un besoin général de réutiliser les produits usagers. Appliqué au domaine de l’invention, il serait nécessaire de mettre au point un procédé permettant de réhabiliter les lames Nabla ® usagées. La norme NF F 50-015 établit les caractéristiques physiques, mécaniques et géométriques auxquelles doivent répondre les lames Nabla ® pour pouvoir être utilisées sur les voies. Ces caractéristiques sont listées de manière exhaustive ci-après : surface ne présentant aucun défaut externe (repli, crique, manque de matière), géométrie devant présenter les dimensions telles que définies dans la norme, résistance au brouillard salin, résistance à la fatigue, élasticité élevée avec une raideur spécifique, dureté spécifique, résistance au serrage. À la connaissance du demandeur il n'existe aucun procédé permettant de mesurer la capacité d'une lame Nabla ® à être réutilisée sur les voies malgré sa fin de vie théorique, d’une période d’environ 30 ans. En d’autres termes, le problème que se propose de résoudre l'invention est celui de mettre au point un procédé de réhabilitation de lames Nabla ® usagées. Le Demandeur a mis au point un procédé de réhabilitation de lames, après avoir identifié les critères majeurs que doivent remplir les lames Nabla ® pour, sinon être conforme, en tout cas au moins se rapprocher au maximum de la norme NF F 50-015. Parmi ceux-ci, figurent : l’aspect général de la lame (absence de cassures ou de fissures dans la lame), la géométrie de la lame et la raideur des lames. L'invention consiste également à avoir mis au point des moyens de mesure de ces critères. En d’autres termes, l’invention consiste en un procédé de réhabilitation de lames Nabla ® , comprenant plusieurs étapes de contrôles permettant de déterminer si les lames sont conformes à au moins 3 exigences géométriques, physiques et mécaniques décrites dans la norme NF F 50-015 en vue d’être réutilisées dans un système d’attache de rail. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de réhabilitation de lames usagées de fixation de rail dites « Nabla ® », comprenant les étapes suivantes, lesquelles sont avantageusement successives : (a) sélection des lames Nabla ® parmi un ensemble de pièces ferroviaires, (b) identification des lames non brisées et sélection de ces lames ; (c) contrôle de l’épaisseur et du galbe des lames ; (d) détermination de la raideur des lames; (e) détection de fissures dans les lames ; (f) restauration des lames sélectionnées à l’issue des étapes a) à e) en vue de leur réutilisation. Dans un mode de réalisation particulier, les étapes a) et b) sont réalisées successivement et avant le reste des étapes alors que l’ordre de réalisation des étapes c), d) et e) est permutable et ces dernières précédant systématiquement l’étape f). De préférence, les étapes a) et b) de sélection des pièces et d’identification des pièces non brisées sont réalisées à l’aide d’une intelligence artificielle. Celle-ci sélectionne uniquement les lames Nabla ® et écarte les autres pièces ferroviaires, par exemple les attaches de type griffon Nabla ® . De plus, l’intelligence artificielle identifie l’aspect des lames et sélectionne uniquement celles qui ne sont pas brisées. L’intelligence artificielle a été entraînée sur un échantillon d’une centaine de pièce pour identifier les lames Nabla ® des autres types d’attaches et reconnaître les pièces non brisées. Au cours de cet entraînement, chaque pièce a été classifiée en tant que « conforme » ou « non conforme », pour établir un modèle de référence. Ainsi, l’intelligence artificielle sélectionne uniquement les lames semblables à ce modèle. À titre d’exemple, les lames brisées en deux, comprenant des parties manquantes ou présentant des fêlures importantes sont considérées comme n’étant pas conformes et sont mises au rebut. Les lames ne présentant pas ces défauts sont sélectionnées et sont soumises au contrôle d’épaisseur et de galbe des lames. Pour chaque lame, le contrôle de l’épaisseur et du galbe comprend les étapes suivantes : - modélisation du profil d’une lame usagée par numérisation laser ; - comparaison du profil numérique obtenu de la lame usagée avec le profil d’une lame de référence conforme à la norme NF F 50-015, - sélection des lames dont le profil numérique et l’épaisseur sont sensiblement identiques à ceux de la lame de référence. De préférence, au moins cinq points de la lame sont scannés à l’aide d’un scanner laser. En chaque point, on détermine la géométrie de la lame sur les deux faces de la lame. Cela permet de modéliser le galbe de lame et de déterminer son épaisseur. À partir de ces mesures, un logiciel crée un profil numérique de la lame. Ce profil est superposé avec le profil d’une lame de référence et le logiciel calcule les écarts de forme et d’épaisseur entre les profils numériques des deux lames. En pratique, la géométrie de la lame de référence est fixée à partir des mesures définies dans la norme NF F 50-015. Ainsi, en comparant le galbe et l’épaisseur des lames usagées à ceux de la lame de référence, on peut déterminer si les lames usagées ont les dimensions réglementaires. Ainsi, seules les lames présentant un profil similaire à celui des lames de référence et une épaisseur conforme sont conservées, tandis que les autres sont mises au rebut. Les lames sélectionnées sont soumises à l’étape de détermination de la raideur. De préférence, la détermination de la raideur des lames est réalisée selon les étapes suivantes : - application progressive d’une force de 25 kN sur une lame, - mesure de la déformation en un point de la lame, - sélection des lames dont la courbe de déformation est comprise dans le fuseau de la courbe d’effort de serrage-déformation telle que définie par la norme NF F 50-015. Le protocole de détermination de la raideur des lames est décrit dans la norme NF F 50-015 dans la partie « courbe effort de serrage–déformation ». En pratique, les lames sont placées sur un montage rigide, reproduisant le positionnement géométrique normal de l’attache. Une charge de 25 kN est appliquée par paliers de 2,5 kN et la déformation est mesurée à un point précis de l’attache à chaque palier. Les valeurs de déplacement du point en fonction de l’effort appliqué sont reportées sur un graphique, comprenant un fuseau tel que défini par la norme NF F 50-015. Seules les lames ayant une courbe comprise dans le fuseau sont conservées, puis soumises à l’étape de détection de fissures. En principe, la détection de fissures dans les lames comprend les étapes suivantes : - réalisation d’un impact à l’extrémité d’une des faces d’une lame ; - mesure par vibromètre laser des vibrations générées par l’impact, pour identifier la présence de fissures. Un vibromètre laser permet de capter des mesures de vibrations générées par un impact. Il est généralement constitué d’une source laser et d’un interféromètre. Le spectre de vibrations obtenu est comparé à un spectre de référence, mesuré sur une lame neuve. En général, les pièces fissurées comprennent des pics non présents sur le spectre de la pièce neuve. De même, certains pics du spectre de la lame neuve n’apparaissent pas sur les spectres des pièces fissurées. Seules les pièces ne comprenant aucune fissure sont sélectionnées. Dans un mode de réalisation particulier, la restauration des lames comprend le nettoyage, le décapage et l’application d’un revêtement sur les lames. Une fois le décapage effectué, le revêtement de protection contre la corrosion est appliqué. Selon un mode de réalisation de l’invention, les lames sont soumises à un marquage entre l’étape e) et l’étape f). Ceci permet d’assurer une traçabilité unitaire. Un autre objet de l’invention, concerne une installation de réhabilitation de lames Nabla ® comprenant : - un moyen de sélection des lames Nabla ® parmi un ensemble de pièces ferroviaires, - un moyen d’identification des lames non brisées, - un carrousel comprenant : - une unité de contrôle de l’épaisseur et du galbe des lames, - une unité de détermination de la raideur des lames, - une unité de détection de fissures dans les lames, - une unité de stockage de lames sélectionnées, et - une unité de stockages des lames non sélectionnées. De manière avantageuse, le moyen de sélection des lames Nabla ® et le moyen d’identification des lames non brisées sont chacun une intelligence artificielle. Selon une caractéristique de l’invention, l’unité de contrôle de l’épaisseur et du galbe comprend un scanner laser, qui permet de numériser le profil des lames et de mesurer leur épaisseur. Selon une autre caractéristique de l’invention, l’unité de contrôle de la raideur des lames comprend une machine de compression, un banc de test de raideur et un capteur de position. La machine de compression est, par exemple, un vérin électrique. De préférence, l’unité de détection de fissures dans les lames comprend un vibromètre laser. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’installation comprend en outre une unité de marquage des lames. FIG. 1 est un schéma d’un système d’attache Nabla ® . FIG. 2 est une photo d’une lame Nabla ® sur laquelle figure la zone dans laquelle on détermine l’épaisseur et le galbe selon un mode de réalisation particulier de l’invention. FIG. 3 est un schéma d’une installation de réhabilitation de lames Nabla ® . FIG. 4 est un graphique représentant le fuseau de la courbe d’effort-déformation selon la spécification technique CT IGEV 533A qui complète la norme N F 50-015. Description détaillée des dessins En se référant à la FIG. 1 , le système d’attache Nabla ® 1, comprend une lame Nabla ® 2a, une butée 2b, et un tirefond 2c permettant de fixer un rail 4 à une traverse 3 . En se référant à la FIG. 2 , la lame Nabla ® 5 se présente sous une forme trapézoïdale, comportant une petite base 6, une grande base 7 et une ouverture 8. La grande base 7 mesure 160 mm, la petite base 6,73 mm et l’ouverture 8 présente un diamètre de 28 mm. La hauteur de la lame 5 est d’environ 120 mm. La lame 5 comporte une zone 9 située entre l’ouverture 8 et la grande base 7, dont la largeur mesurée entre le centre de l’ouverture 8 et le centre de la grande base 7 est de 50 mm. Le contrôle de l’épaisseur et du galbe de la lame 5 est réalisé au niveau de cette zone 9, comme cela sera détaillé ultérieurement. En se référant à la FIG. 3 , l’installation 10 de réhabilitation de lames Nabla ® comprend un carrousel rotatif automatisé 11 comprenant quatre unités de travail disposées en cercle. En pratique, des pièces ferroviaires usagées sont acheminées sur une ligne de tri 12. Une intelligence artificielle 13 sélectionne les lames Nabla ® 13 et identifie celles qui ne sont pas brisées. Un robot préhenseur de chargement 14 dispose alors les lames sélectionnées une à une à l’entrée du carrousel 11. Chaque lame passe par une unité 15 de détermination de la raideur. Elles sont d’abord disposées de manière adaptée sur un banc de test de raideur situé sous un vérin électrique. On applique progressivement un effort de compression de 25 kN, et on mesure le déplacement d’un point caractéristique, appelé H, situé dans la zone 9 de la lame (en référence à la FIG. 2 ), à environ 5 mm du centre de la grande base 7, à l’aide d’un capteur de position. On trace la courbe du déplacement du point (mm) en fonction de l’effort de compression appliqué (kN). Les lames présentant une courbe comprise dans le fuseau comme représenté à la FIG. 4 sont transférées vers l’unité 16 de contrôle d’épaisseur et de galbe des lames. Les lames non conformes sont envoyées vers le convoyeur d’évacuation des lames 19, après avoir fait le tour du carrousel. Elles seront transférées vers une unité de stockage des lames non sélectionnées (non représentée). Par la suite, chaque lame passe par une unité 16 de contrôle de l‘épaisseur et du galbe des lames. Celle-ci comprend un scanner laser qui reconstruit numériquement un profil de la géométrie de chaque lame et mesure l’épaisseur. Pour cela, on utilise un échantillonnage de cinq points, mesurés sur les deux faces de la lame et situés dans la zone 9 de la lame, en référence à la FIG. 2 . Au total, dix mesures sont réalisées. Le profil de la pièce est superposé à celui de la pièce de référence et un logiciel mesure leurs écarts. Les pièces présentant un profil non conforme et un déficit important d’épaisseur restent sur le carrousel mais seront dirigées à la fin vers l’unité de stockage des lames non sélectionnées. Au niveau de l’unité 17 de détection de fissures, la lame analysée est disposée sur des plots en caoutchouc, afin d’isoler la lame des vibrations ambiantes. On réalise un impact à une extrémité de la zone 9 de la lame (en référence à la FIG. 2 ) et on mesure les vibrations de la pièce à l’aide d’un vibromètre laser. Le spectre de fréquences de vibrations obtenu est comparé à un spectre de référence à des fréquences spécifiques. Cette comparaison permet d’identifier la présence de fissure avec l’apparition ou la disparition de pics caractéristiques. Les lames exemptes de fissures et ayant été sélectionnées à la suite des contrôles effectués sont gravées par une unité de marquage 18. Par la suite, elles sont déchargées du carrousel 11 à l’aide du robot préhenseur de déchargement 20 et envoyées vers le convoyeur d’évacuation des lames 19 pour être stockées dans les unités de stockage des lames sélectionnées ou non sélectionnées, puis conditionnées. Enfin, les lames sélectionnées sont nettoyées, décapées et un revêtement de protection contre la corrosion est appliqué sur les lames pour qu’elles soient réutilisables sur les voies ferrées. 1 . Procédé de réhabilitation de lames usagées de fixation de rail dites « Nabla », comprenant les étapes suivantes : (a) sélection des lames Nabla ® parmi un ensemble de pièces ferroviaires, (b) identification des lames non brisées et sélection de ces lames ; (c) contrôle de l’épaisseur et du galbe des lames ; (d) détermination de la raideur des lames; (e) détection de fissures dans les lames; (f) restauration des lames sélectionnées à l’issue des étapes a) à e) en vue de leur réutilisation. 2 . Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étapes a) et b) sont réalisées à l’aide d’une intelligence artificielle. 3 . Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le contrôle de l’épaisseur et du galbe des lames comprend les étapes suivantes : - modélisation du profil d’une lame usagée par numérisation laser ; - comparaison du profil numérique obtenu de la lame usagée avec le profil d’une lame de référence conforme à la norme NF F 50-015 ; - sélection des lames dont le profil numérique et l’épaisseur sont sensiblement identiques à ceux de la lame de référence. 4 . Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la détermination de la raideur des lames est réalisée selon les étapes suivantes : - application progressive d’une force de 25 kN sur une lame, - mesure de la déformation en un point de la lame, - sélection des lames dont la courbe de déformation est comprise dans le fuseau de la courbe d’effort-déformation telle que définie par la norme NF F 50-015. 5 . Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la détection de fissures dans les lames comprend les étapes suivantes : - réalisation d’un impact à l’extrémité d’une des faces d’une lame ; - mesure par vibromètre laser des vibrations générées par l’impact, pour identifier la présence de fissures, - sélection des lames ne présentant pas de fissures. 6 . Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la restauration des lames comprend le nettoyage, le décapage et l’application d’un revêtement sur les lames. 7 . Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les lames sont soumises à un marquage entre l’étape e) et l’étape f). 8 . Installation de réhabilitation de lames Nabla ® , mettant en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant : - un moyen de sélection des lames Nabla ® parmi un ensemble de pièces ferroviaires, - un moyen d’identification des lames non brisées, - un carrousel comprenant : - une unité de contrôle de l’épaisseur et du galbe des lames, - une unité de détermination de la raideur des lames, - une unité de détection de fissures dans les lames, - une unité de stockage de lames sélectionnées, et - une unité de stockage des lames non sélectionnées. 9 . Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le moyen de sélection des lames Nabla et le moyen d’identification des lames non brisées sont chacun une intelligence artificielle. 10 . Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que l’unité de contrôle de l’épaisseur et du galbe des lames comprend un scanner laser. 11 . Installation selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que l’unité de détermination de la raideur des lames comprend une machine de compression, un banc de test de raideur et un capteur de position. 12 . Installation selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que l’unité de détection de fissures dans les lames comprend un vibromètre laser. 13 . Installation selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que l’installation comprend en outre une unité de marquage des lames.