Dispositif de mesure, de contrôle et/ou de commande
de l'inclinaison locale d'une voie ferrée
La présente invention se rapporte aux véhicules ferroviaires équipés de dispositifs de mesure, de contrôle ou de commande de l'inclinaison locale de la voie, notamment dans le plan transversal à celle-ci.
L'importance d'un excellent état géométrique des voies ferrées augmente chaque jour avec l'augmentation des vitesses de circulation. Qu'il s'agisse de travaux d'entretien ou de renouvellement, les exigences de précision atteignent aujourd'hui des valeurs extrmement élevées. Notamment, l'inclinaison transversale qui peut varier par exemple de + 180 mm, sur une voie d'écartement de 1500 mm, est demandée avec une précision de l'ordre de + 0, 5 mm. Il est donc nécessaire de disposer d'un appareil de mesure, de contrôle ou de commande correct au dixième de mm, soit donnant un angle de 1/15 000 et cela dans un domaine de 360 mm, c'est-à-dire d'une précision de l'ordre de 0,1/360 = environ 0,3 pour mille du champ d'utilisation.
L'emploi d'un simple pendule à cet effet est très ancien. Mais s'il est de grande longueur libre, son temps de réponse est très long, et si le pendule est court, sa force de commande est faible, ses indications petites et sa précision insuffisante.
C'est pourquoi on a souvent proposé un pendule agissant sur un relais amplificateur, et les efforts des constructeurs se sont orientés tout naturellement vers des relais électriques. Les pendules actionnant de simples contacts électriques - mmes miniatures donnent une précision limitée par les forces et jeux nécessaires à leur fonctionnement et présentent en outre tous les inconvénients bien connus propres aux contacts électriques. Les pendules à relais électroniques ou à courants faibles se heurtent à diverses difficultés, telles que stabilité du zéro, sensibilité à la température, vulnérabilité du détecteur de position du pendule, quasi-impossibilité de réparation sur place par du personnel de voie, prix, etc.
Montés sur un véhicule ferroviaire, ces dispositifs sont en effet soumis aux trépidations, parfois aux chocs, dus à la circulation. Sur les machines à bourrer le ballast sous les traverses, ils sont en outre exposés aux vibrations résiduelles plus ou moins grandes provenant du bourrage vibrant. Enfin, lorsqu'ils commandent un dispositif automatique de nivellement ou lorsqu'ils contrôlent en continu un travail de nivellement, il est indispensable que leur fonctionnement soit impeccable.
C'est dire que ces appareils réalisés sous forme de matériel mobile de chantier doivent cependant fonctionner en toute sécurité dans les conditions les plus dures, et l'on conçoit sans peine la valeur de toute amélioration.
La présente invention vise à résoudre ces difficultés.
Elle a pour objet un dispositif de mesure, de contrôle et/ou de commande de l'inclinaison locale d'une voie ferrée, notamment dans le plan transversal à celle-ci, ledit dispositif équipant un véhicule ferroviaire et comprenant des palpeurs de rails, un pendule disposé dans un châssis rigide relié à ces palpeurs, un moyen amortisseur pour le pendule, et un servo-moteur réversible, commandé par ce pendule.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le châssis repose sur la voie par l'intermédiaire des palpeurs, en ce que les palpeurs, le point de suspension du pendule et le corps du servo-moteur sont fixes par rapport au châssis, en ce que le servo-moteur comporte un organe d'actionnement formant paroi d'une chambre à fluide sous pression, et un distributeur comportant un tiroir et une chemise tous deux mobiles, en ce que le pendule est relié mécaniquement à l'un de ces organes mobiles du distributeur, tandis que l'organe commandé du servomoteur est relié mécaniquement à l'autre, et en ce que chacun des deux organes mobiles susdits du distributeur présente une arte vive, ces artes étant à proximité l'une de l'autre, pour que leur position réciproque détermine à tout instant le réglage du débit de fluide et par là,
la position de l'organe commandé du servo-moteur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif selon l'invention, appliquées au cas de la mesure du dévers d'une voie ferrée.
Ces deux exemples sont illustrés schématiquement sur les fig. 1 et 2 et non en proportions exactes, pour une meilleure clarté.
La fig. 1 est une coupe partielle à travers la première forme d'exécution, agencée transversalement à la voie. Au-dessus des deux files de rails 1 a et 1 b on voit en 2 un châssis rigide prévu ici en forme de caisson qui repose sur la voie par l'intermédiaire de palpeurs de rails constitués par des galets 3a et 3 b, qui d'ailleurs pourraient tre remplacés par de simples patins. Ainsi le châssis présente la mme inclinaison que la voie dans le plan transversal à celle-ci et peut en outre tre déplacé le long de la voie par un véhicule quelconque, non représenté.
Le pendule est constitué par une masse pesante 4 solidaire d'un levier double dont on voit en 5 la branche située en arrière du plan du dessin. Ledit levier pivote librement en 6 dans le caisson qui est rempli d'huile en sorte que sitôt après un déplacement de celui-ci le long de la voie, le pendule prend et conserve sa position d'équilibre dans le plan de la figure, l'huile faisant amortisseur d'oscillation.
Sur le caisson 2 est fixé rigidement le corps 7 d'un servo-moteur hydraulique dont l'organe commandé est le piston 8 prolongé par la tige 9 qui permet d'atteler en 10 un appareillage quelconque, non représenté sur le dessin.
Ledit piston 8 est donc coulissable dans 7 et comporte par ailleurs une seconde tige 1 1 partiellement forée par le conduit 12 qui met en communication la chambre 13 de pression avec la gorge 14 circulaire dont l'arte 15 est taillée vive du côté du piston 8. Sur 11 peut coulisser librement la douille 16 qui est reliée au pendule par la longue tige 17 articulée à ses deux extrémités. Cette douille 16 se termine par une arte vive 18 qui peut venir recouvrir plus ou moins complètement la gorge circulaire 14 et former avec son arte 15 un étranglement variable. Ainsi 1 1 et 16 constituent un distributeur à deux pièces mobiles, l'une étant liée directement à l'organe 8 commandé et l'autre reliée au pendule.
Le servo-moteur décrit est complété par une source quelconque - non illustrée - d'alimentation en huile sous pression constante, par le conduit 19 d'amenée muni d'un diaphragme fixe 20, par le conduit 21 d'échappement, ainsi que par le ressort 22 de rappel qui pousse constamment 8 vers la gauche sur le dessin.
Le fonctionnement est alors le suivant:
Dans la position d'équilibre représentée, l'huile s'écoule en régime permanent par 19, 20, 13, 12 et 14, par l'étranglement 15-18, et par 2 et 21. L'huile subit une certaine perte de pression dans le diaphragme 20 et une seconde dans l'étranglement 15-18 en sorte qu'il s'établit une pression intermédiaire dans la chambre 13.
Cette pression en agissant sur le piston 8 maintient un équilibre axial malgré l'action du ressort 22 et de la réaction en 10 de l'appareillage actionné.
En effet, s'il se produit par exemple une traction supplémentaire en 10, le piston 8 et donc l'arte 15 se déplacent très légèrement vers la droite de la figure; l'arte 18 restant fixe, l'étranglement 15-18 s'ouvre aussitôt, d'où diminution de la pression intermédiaire et rétablissement quasi instantané de l'équilibre. Une compression supplémentaire crée visiblement une augmentation de pression qui rétablit l'équilibre. Sans analyser davantage ce processus bien connu de réglage, on peut dire que la force d'actionnement en 10 ne modifie pas la position du pendule et que la distance comprise entre 17 et 10 reste pratiquement constante, pour autant que ladite force ne soit pas excessive.
Supposons maintenant qu'après un déplacement du dispositif le rail la soit un peu plus haut par exemple que lb. Le caisson, comme déjà dit, présente la mme inclinaison que la voie. Le pendule retrouve saposition d'équilibre en pivotant vers la droite sur la figure, l'arte 18 se déplace dans le mme sens ce qui rap proche 18 et 15, fait augmenter la pression dans la chambre intermédiaire 13 et déplace aussitôt le piston 8 vers la droite jusqu'à rétablissement de l'étranglement initial. I1 est clair qu'une variation en sens contraire de l'inclinaison de la voie provoquera des écarts également de sens opposé jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli.
Là encore, on se borne à souligner que pratiquement le point 10 commandé suit quasi instantanément et avec une excellente précision la position du pendule, ceci quelle que soit l'inclinaison de la voie et quels que soient les efforts commandés par le servo-moteur.
I1 en résulte visiblement que l'inclinaison de la voie dans un sens ou dans l'autre se traduit par un écart bien déterminé du point 10 à partir de sa position moyenne correspondant à la voie horizontale.
On conçoit sans peine que le servo-moteur pourra actionner avec précision n'importe quel appareil de lecture, d'enregistrement ou de commande, de tout type connu, à l'aide d'une tringle fixée en 10 et non représentée sur le dessin parce que facile à réaliser par l'homme de métier.
Un premier avantage important résultant du choix et de la combinaison des organes selon cet exemple est la haute précision obtenue par le dispositif. Ceci est dû tout d'abord à l'emploi d'un type de servo-moteur hydraulique réversible, (c.-à-d. agissant indifféremment dans les deux sens), à réglage continu (donc sans zone d'insensibilité systématique), asservi en position en sorte que la force d'actionnement est sans effet sur le pendule. Mais cette précision provient aussi de la rigidité de l'ensemble formé par le châssis, les palpeurs de rails, l'axe de suspension du pendule et le corps du servo-moteur, car le pendule se trouve ainsi soustrait à l'influence de mouvements parasites, provenant par exemple du servo-moteur. La précision est encore assurée par la fixation du corps de l'amortisseur (le caisson, dans l'exemple montré) à l'ensemble rigide.
En effet, comme cet ensemble est immobile sur la voie, l'amortisseur ne provoque aucun déplacement anormal du pendule et en outre s'oppose constamment à ceux qui tendent à se produire par l'effet du distributeur.
Un autre avantage est donc de pouvoir disposer d'une force de commande aussi élevée qu'on le désire, le cas échéant en ayant recours à un deuxième servomoteur, ou davantage, selon une technique bien connue.
Un autre avantage réside dans la rapidité de réponse du dispositif obtenue par l'emploi combiné d'un pendule à courte période d'oscillation, d'un servomoteur du type décrit qui, par son système de réglage sur un débit, travaille pratiquement sans retard, et de l'ensemble rigide qui, par son immobilité sur la voie, permet au pendule de prendre le plus rapidement possible et sans oscillation retardatrice sa position d'équilibre.
Un autre avantage encore est la stabilité des indications fournies par le dispositif et qui est garantie par la fixité de l'ensemble rigide combinée avec les caractéristiques - déjà mentionnées - du servo-moteur, de son réglage et de l'amortisseur.
Un autre avantage est la sécurité de fonctionnement qui peut tre assurée aisément par des organes robustes, par l'emploi d'un pendule court qui sollicite au minimum sa suspension (sensible aux à-coups de la circulation sur la voie) et par un minimum d'organes mobiles soumis à l'usure, d'ailleurs extrmement faible.
Le dispositif présente encore d'autres avantages, tels que simplicité de construction, entretien presque nul, etc.
Dans l'exemple décrit, le choix d'un réglage par simple arte sur chacune des deux pièces mobiles du distributeur conduit non seulement à une plus grande simplicité, mais contribue à une meilleure sécurité en service et évite tout réglage délicat lors d'une révision comme cela peut facilement se produire en employant le réglage par double arte par exemple.
Par ailleurs, les avantages d'un caisson étanche (au lieu d'un châssis ouvert) sont de protéger le pendule de tout contact externe accidentel, de constituer directement le corps fixe de l'amortisseur, de pouvoir utiliser le mme fluide que celui du servo-moteur, de protéger au mieux tous les organes mobiles des poussières de chantier, etc., d'assurer automatiquement le graissage lorsqu'on emploie de l'huile de s'accommoder au mieux des frottements inévitables qui nuisent à la précision, de simplifier beaucoup la construction, etc.
Pour augmenter la sensibilité du dispositif, on peut imprimer à l'ensemble rigide et par un moyen quelconque connu - non représenté -, de petites vibrations rapides et régulières susceptibles d'annuler pratiquement l'influence des frottements sans fausser la position du pendule. Dans l'exemple montré en fig. 1, le dispositif est censé reposer sur une voie légèrement vibrante à cause d'un bourrage de ballast effectué à quelque distance du dispositif. C'est là encore un avantage du système rigide de se dispenser dans certains cas d'un vibreur auxiliaire ou d'une pression d'alimentation vibrante.
La fig. 2 illustre une forme d'exécution plus perfectionnée dans laquelle les indications du pendule par rapport au châssis rigide sont amplifiées non seulement en force mais aussi en déplacement.
Sur cette fig. 2, on a reproduit avec les mmes désignations une partie des organes montrés à la fig. 1.
Pour éviter une description inutilement longue, on se bornera donc à développer ce qui touche à la nouvelle variante.
Ici, le pendule pivote sur le bras 23 qui prolonge le corps 7 du servo-moteur, pour assurer en pratique une meilleure précision.
Le piston 8 comporte uniquement la tige 9 qui, avec 7 et 8, forme une deuxième chambre 24.
Le distributeur est constitué par une première pièce mobile en forme de piston 25 présentant une gorge circulaire 26 dont l'arte 27 est vive; 25 est relié par 17 au pendule et peut par ailleurs coulisser dans le tiroir 28, deuxième pièce mobile qui comporte une gorge circulaire 29 à une arte vive 30. Ce tiroir 28 peut coulisser dans 7 avec lequel il forme la chambre 31.
Sur 7 pivote en 32 un levier 33 à deux galets 34 et 35 contre lesquels viennent s'appuyer 9, respectivement le cylindre 28 du piston 25.
Le corps 7 présente enfin les conduits nécessaires comme il sera décrit plus loin.
Le fonctionnement est alors le suivant:
Dans la position d'équilibre représentée, l'huile arrive de 19 par un conduit représenté schématiquement en traits mixtes pour la clarté du dessin, dans un conduit 36 foré dans 7. La pression constante qui règne ainsi dans 36 est transmise d'une part à 24 par le conduit 37 et d'autre part à 31 par le conduit 38, en sorte que, sur la figure, 8 est appuyé constamment vers la gauche alors que 28 est poussé vers la droite. L'huile s'écoule de 36 au travers d'un diaphragme fixe 20 où elle subit une première chute de pression. De là, l'huile circule à cette pression intermédiaire par le conduit 39 jusque dans 26 et passe alors au travers de l'étranglement formé par les artes vives 27 et 30 où se produit une deuxième chute de pression.
L'huile s'échappe de là par 29, par le conduit 40 ménagé dans 28, par le conduit 41 prévu dans 7, et finalement par 2 et 21. A la sortie du diaphragme 20, la pression intermédiaire est transmise par le conduit 42 jusque dans 13 où elle pousse donc le piston 8 vers la droite sur la fig. de manière à maintenir son équilibre.
On voit tout d'abord que la force de rappel due au ressort 22 dans le cas précédent est ici remplacée par la force constante due à la pression constante agissant dans les chambres 24 et 31.
On remarque ensuite que si les longueurs des bras b et c du levier 33 sont égales, le tiroir 28 se déplace de la mme quantité que le piston 8, mais en sens opposé. Il en résulte que le système transmet le mme déplacement que celui du pendule, mais en sens opposé (ce qui est avantageux suivant l'appareillage à actionner). En effet, pour un rail la plus haut que lb, on voit sans peine que le pendule et le piston 25 partent vers la droite du dessin, que l'étranglement 27-30 s'élargit, que la pression intermédiaire diminue, que le piston 8 part vers la gauche, que le tiroir 28 va vers la droite, ce qui rétrécit à nouveau 27-30 jusqu'à rétablissement de la pression intermédiaire d'origine. Le processus est donc identique, au sens près, à celui examiné dans le premier exemple, en sorte qu'il est superflu de le décrire plus en détails.
I1 reste à voir le cas spécialement intéressant où le bras c est plus grand que b. La fig. 2 montre à l'évidence que le déplacement du galet 34 est c/b fois le déplacement du galet 35. Comme, d'après ce qui a été vu, les deux artes mobiles du distributeur sont toujours sensiblement dans la mme position réciproque (c.-à-d. que le distributeur reste pratiquement de mme longueur), il saute aux yeux que finalement le déplacement du point 10 commandé est c/b fois plus grand que le déplacement du pendule, mesuré à la distance a du point de suspension. Ainsi le mme servo-moteur sert simultanément à deux fins: amplification en force et en déplacement.
A cet avantage, j oints aux précédents, s'en ajoutent encore d'autres tels que grande souplesse de réalisation, possibilité de raccourcir notablement et sans inconvénient la longueur du pendule donc l'instantanéité des indications, etc.
Bien des variantes à la portée de l'homme de métier peuvent tre envisagées dans le cadre de l'invention, et les exemples montrés ne sont nullement limitatifs. Le fluide sous pression pourrait tre non pas de l'huile mais un gaz.