EP0089702B1

EP0089702B1 - Procédé de guidage d'un dispositif de positionnement de voie ferrée et machine de mise en oeuvre

Info

Publication number: EP0089702B1
Application number: EP83200270A
Authority: EP
Inventors: Ivo Cicin-Sain
Original assignee: Matisa Materiel Industriel SA
Current assignee: Matisa Materiel Industriel SA
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1983-02-23
Publication date: 1985-10-30
Also published as: DE3361094D1; US4574704A; EP0089702A1; ATE16295T1

Description

L'objet de la présente invention est un procédé de guidage d'un dispositif de positionnement de voie ferrée équipant une machine de renouvellement ou d'entretien d'une voie ferrée par rapport à une base de référence solidaire de la machine et une machine pour la mise en oeuvre du procédé.
Lors du renouvellement ou des travaux de l'entretien d'une voie ferrée tel que l'assainissement du ballast il faut poser la nouvelle voie ou la voie après l'entretien à la position qu'elle -occupait avant ces travaux ou éventuellement la déplacer par rapport à l'ancienne position pour tenir compte d'un déplacement à certains endroits de la voie par rapport au tracé initial provoqué par un affaissement du terrain ou une raison similaire.
En soulevant la voie ferrée, par exemple pour le dégarnissage lors des travaux d'assainissement du ballast, on soumet les rails à des forces qui provoquent des déformations géométriques de la voie. Afin que la voie soit dressée correctement il faut procéder au bourrage, au nivelage et au ripage de la voie. Ces opérations sont réalisées par une ou plusieurs machines de chantier spécialement équipées. Néanmoins les travaux de dressage ne pouvant pas toujours s'effectuer immédiatement après l'assainissement du ballast à cause de différences de vitesse de machines de chantier et des impératifs du trafic ferroviaire, surtout s'il s'agit d'une voie unique, il faut que la voie ferrée soit posée après l'assainissement du ballast à une position désirée soit à la position avant l'assainissement soit à une position légèrement décalée par rapport à l'ancienne position.
Le dispositif permettant d'atteindre ce but doit être intégré à la machine de renouvellement ou d'entretien respectant le gabarit.
Les procédés mis en oeuvre habituellement pour le dressage d'une voie ferrée utilisent une base de référence composée de trois points distincts deux sur la voie déjà dressée et un sur la voie à dresser comme décrit dans le brevet FR-1 429 056. D'après ce dernier procédé on mesure la flèche du point situé sur l'arc de la section de voie dressée par rapport à la corde déterminée par les deux points les plus éloignés l'un de l'autre et on détermine la valeur de la flèche d'un second point situé sur la section de voie à dresser et on fait riper la voie en ce second point jusqu'à ce que la valeur de la flèche mesurée en ce point prenne la valeur voulue et déterminée.
Les dispositifs de mise en oeuvre du procédé décrit dans le brevet FR 1 429 056 utilisent le théorème de géométrie dit de la « puissance d'un point par rapport à un cercle •. En effet la puissance d'un point par rapport à un cercle est égale au produit de segments délimités par ce point et les points d'intersection avec le cercle de toute sécante passant par ce point. Le point peut être aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur du cercle. Le point en question est matérialisé par un pivot par lequel passent deux droites s'appuyant respectivement sur les deux points de référence. La matérialisation de ces droites est réalisée dans une première exécution par deux tiges formant des ciseaux, le pivot se trouvant à l'intérieur de l'arc, la longueur de deux tiges étant déterminée de sorte que leurs quatre extrémités doivent s'appuyer sur l'arc de la voie pour que l'arc soit correctement dressé. Une tige s'appuie sur l'extrémité de l'arc non encore dressé et sur un point intermédiaire déjà dressé tandis que la seconde s'appuie sur la seconde extrémité de l'arc déjà dressé l'autre extrémité indiquant la position correcte d'un quatrième point de l'arc que l'on amène à cette position par ripage.
Un autre dispositif, décrit dans le brevet FR 1 429 056, analogue au précédent utilise deux segments de droite se coupant à l'extérieur de l'arc à un point de pivotement l'un s'appuyant à l'extrémité dressée de l'arc et passant par un second point déjà dressé tandis que le second s'appuie à l'extrémité de l'arc non dressé et un point intermédiaire de cette droite indique la position qui doit occuper le point à dresser.
Les autres variantes proposées dans le brevet FR 1 429 056 sont analogues à celles déjà décrites, la matérialisation de droites étant réalisée par des cordons, des câbles ou des tiges et les arcs étant soit l'axe de la voie soit les rails soit un arc virtuel à distance déterminée de la voie.
Le principal inconvénient du procédé décrit dans le brevet FR 1 429 056 est que l'un des points de la base de référence se trouve sur la partie de la voie à dresser et par conséquent sa position est imprécise ainsi la mesure de la flèche du troisième point de référence et le positionnement du point dressé sont imprécises.
Un autre inconvénient de ce procédé est que la base de référence s'étend de part et d'autre du point à positionner ce qui complique sa mise en œuvre sur une machine de chantier de chemin de fer telle qu'une dégarnisseuse-cribleuse.
L'invention permet d'obvier à ces difficultés et propose un procédé permettant de copier la voie existante avant son renouvellement ou son entretien ce qui d'un côté est suffisant pour un dressage provisoire et de l'autre côté permet de faire accélérer le processus du dressage définitif surtout si le tracé antérieur de la voie ne nécessite pas une correction.
Il est également possible de déplacer une partie de la voie par rapport à son ancienne position si un déplacement dans l'autre sens par rapport au tracé initial a été provoqué accidentellement.
Le procédé selon l'invention est caractérisé par la revendication 1.
Les avantages de ce procédé sont : la base de référence dépendant exclusivement de l'ancienne voie on a l'assurance que la voie ne sera pas écartée de son ancienne position sauf si l'on désire un déplacement par rapport à cette position pour compenser un déplacement par rapport au tracé initial survenu accidentellement, ce déplacement étant obtenu en introduisant un facteur dans la fonction donnant la direction de la droite passant par l'extrémité postérieure de la corde solidaire de la machine. Pour la même raison la mise en oeuvre du procédé est facilitée car la base de référence et le dispositif de positionnement se trouvent à des endroits différents et il n'y a pas de problème à résoudre quant à leur disposition sur la machine de renouvellement ou d'entretien.
Le positionnement du point après le renouvellement ou l'entretien de la voie peut s'opérer de deux manières soit on enregistre la courbure du tronçon de l'ancienne voie et après son renouvellement ou son entretien on positionne un point de ce tronçon en utilisant la valeur enregistrée de sorte que le point occupe son ancienne position, soit lors de la mesure de la courbure d'un tronçon de l'ancienne voie on utilise cette valeur pour positionner un point situé sur la partie de la voie ayant subi le renouvellement ou l'entretien si la section de la voie comprenant le point et le tronçon de l'ancienne voie présente une courbure constante ou si ladite section présente une courbure variable on utilise une valeur dépendant de la courbure mesurée et d'un facteur tenant compte de la variation de la courbure. C'est la seconde variante que nous allons décrire par la suite.
L'invention concerne également une machine selon la revendication 5 pour la mise en oeuvre du procédé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un dispositif de mise en oeuvre du procédé.

La figure 1 sert à illustrer le principe du procédé.
La figure 2 est une vue de côté d'une dégarnisseuse-cribleuse équipée pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
La figure 3 est une vue en plan de la figure précédente représentant uniquement le dispositif de mise en oeuvre du procédé.
La figure 4 représente un détail.

AFBC est un arc de cercle représentant le milieu de la voie ou un rail ou un arc équivalent à distance constante et déterminée de la voie. A et B sont deux points de cet arc se trouvant ou correspondant au tronçon de l'ancienne voie. Le point P est le point où la voie est traitée et qui occasionne la déformation géométrique de la voie. L'arc PC est représenté exagérément déformé et représente la position réelle de la voie après le traitement (entretien ou renouvellement) tandis que l'arc PC en pointillé est la position désirée de la voie. Les points de l'arc s'étendant après le point C ont déjà été positionnés.
La distance AB = a est constante et déterminée, F est le point milieu de l'arc AB mais il pourrait aussi bien être un autre point intermédiaire. La distance entre les points B et C est égale à b qui est une valeur constante et déterminée. Selon le procédé en mesurant la flèche du point F on peut calculer l'angle β entre les deux cordes virtuelles AB et AC de sorte que le point C se trouve également sur le même cercle que les points A et B. Après avoir matérialisé la position calculée du point C on déplace latéralement la voie en ce point pour l'amener à la position calculée.
La détermination de l'angle β s'obtient par les calculs suivants pour lesquels on a simplifié certaines expressions mathématiques sur la base des considérations suivantes :

Le rayon d'un arc de voie est habituellement de l'ordre de quelques centaines de mètres tandis que la longueur de cordes AB et BC est de l'ordre de 10 à 20 mètres et les flèches maximales pour ces valeurs sont de l'ordre de quelques centimètres. Ainsi on obtient les expressions simplifiées suivantes pour la flèche f et le calcul de l'angle (3
où

est la valeur de la longueur du segment GE de la médiatrice de la corde AB, E étant le point d'intersection de la corde BC avec la médiatrice. En réalité plutôt que de calculer l'angle il suffit de calculer la position du point E ainsi on détermine la position de la corde EBC. La position du point E est déterminée par la valeur de la longueur du segment GE = y = (2(a + b)/a) f (IV). La machine de mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessous tient compte de cette dernière remarque. Si la courbure de l'arc ABC n'est pas constante il faut introduire un facteur tenant compte de la variation de la courbure, de même si l'on désire un déplacement de la voie par rapport à son ancienne position.

Nous allons décrire une dégarnisseuse-cribleuse pour l'assainissement du ballast équipée pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Il est évident que toute autre machine d'entretien ou de renouvellement peut être équipée pour la mise en oeuvre du procédé.
La dégarnisseuse-cribleuse est composée d'un véhicule tracteur 1 roulant sur la voie 2 à assainir et d'un second véhicule 3 roulant sur la voie assainie. Le véhicule tracteur 1 supporte des transporteurs 4, 5 pour l'évacuation des détritus et une cribleuse 6 pour l'épuration du ballast amené par les transporteurs 7, 8 et excavé par le dispositif de dégarnissage 9. D'autres transporteurs 10 et 11 amènent le ballast épuré et le distribuent derrière la dégarnisseuse 9 où il sera damé par un dispositif de damage 12, et derrière la dameuse pour compléter le ballast manquant. Devant la dégarnisseuse 9 un dispositif non représenté soulève la voie pour faciliter l'opération de dégarnissage. Derrière le transporteur de distribution du ballast épuré 11 se trouve un dispositif de ripage 14 pour le positionnement de la voie ferrée sur le ballast assaini.
Les dispositifs mentionnés sont connus de l'homme du métier et ils sont susceptibles d'être modifiés sans. sortir du cadre de la présente invention qui concerne uniquement le procédé de guidage d'un dispositif de positionnement d'une voie ferrée et une machine de renouvellement ou d'entretien d'une voie ferrée équipée pour la mise en oeuvre du procédé.
Un cadre rectangulaire 16 est suspendu par quatre vérins 17 au châssis 18 du véhicule tracteur 1. Le cadre est composé de quatre profilés en U la perpendicularité étant assurée par des équerres 43 fixées aux quatre angles du cadre. Deux palpeurs de voie 19 et 20 sont fixés aux deux traverses 21, 22 du cadre 16 par des oreilles 23, 24 respectivement 25, 26. La position de ces deux palpeurs 19 et 20 est fixe par rapport au cadre 16 et ils servent à matérialiser les points A et B de référence. Plus précisément ce sont les points milieu A' et B' de leurs axes de rotation qui se trouvent en permanence sur l'arc virtuel 27 du milieu de la voie ferrée 2 qui constituent la base de référence. Un troisième palpeur de voie 28 est fixé sur une entretoise 29 du cadre 16 par deux oreilles 30, 31. Le point milieu F' de son axe de rotation coïncide avec le point milieu de l'arc A', B'. Le palpeur 28 peut se déplacer transversalement par rapport au cadre 16 afin de suivre toujours le tracé de la voie. Enfin le point C' est le point milieu de la voie à l'endroit où le dispositif de ripage 14 opère. Les distances entre les points A', B' et B', C' sont constantes et déterminées. La mesure de la flèche du point F' par rapport à la corde A', B' est l'écart du point F' par rapport au segment de droite A', B' quand les palpeurs de voie 19, 20, 28 sont en contact avec une file de rails de la voie 2. Un ressort 32 ou 33 assure le contact du palpeur 28 avec une file de rails. Un système mécanique multiplicateur indique automatiquement la position du point E' ou de son équivalent est composé d'un bras 13 articulé au palpeur 28, à la traverse 29 et à une barre 36 parallèle à la traverse 29 par leurs points milieux respectifs F', 34 et 35. Les extrémités de la barre 36 sont articulées respectivement à une des extrémités des deux bras 37, 38 articulés à leur tour à deux points 39 et 40 de deux équerres 41, 42 assurant le positionnement de la traverse 29. Les articulations 34, 39 et 40 sont fixes tandis que les autres sont mobiles. La position des articulations fixes 34, 39 et 40 par rapport aux bras 13, 37 et 38 est telle que à un déplacement f' du point F' correspondant un déplacement y' des extrémités libres 44 et 45 des bras 37 et 38 conformément à la relation (IV) susmentionnée. La matérialisation de la corde EBC étant réalisée ici par un faisceau lumineux provenant d'un émetteur 46 occupant la place du point E ou de son équivalent est capté par un récepteur 47 occupant la place du point C ou de son équivalent il convient de placer ces deux dispositifs de sorte que le faisceau lumineux ne risque pas d'être interrompu par un obstacle.
On dispose alors l'émetteur 46 et le récepteur 47 à un endroit décalé latéralement et verticalement de l'arc A', B', C' c'est-à-dire que l'on considère un arc A", B", C" équivalent à l'arc A', B', C' obtenu en principe par une homothétie et une translation. Le point A" n'est pas matérialisé car il ne présente pas d'intérêt, le point B" est matérialisé par une petite fente verticale sur un écran 52 interceptant le faisceau lumineux émis par l'émetteur 46 se trouvant au point E", et laissant ainsi passer un mince faisceau de lumière 48 matérialisant la corde B", C". L'émetteur 46 occupe à tout instant, pour autant que les palpeurs 19, 20 et 28 sont en contact avec la file de rails, la position E" qui se trouve à une distance Y" de la corde A", B". L'émetteur 46 est supporté par une tige verticale 49 (fig. 4) articulée à un bras horizontal 50 monté pivotant sur un axe 51 à l'extrémité 45 du bras 38. L'axe 51 est guidé à son extrémité supérieur par une coulisse 53 glissant sur une glissière 54 fixée sur la traverse 29. Les articulations de la tige 49 et du bras 50 permettent de ramener l'émetteur à l'intérieur du gabarit déterminé par le cadre 16. L'écran perforé 52 est fixé d'une manière analogue sur le cadre 16 dans le prolongement de l'axe du palpeur 28. Le récepteur 47 est composé de plusieurs éléments photosensibles et il est divisé en trois zones verticales. Si le faisceau lumineux 48 traversant l'écran 52 est capté par les éléments de la zone du milieu le point de la voie correspondant au point C" est à la position voulue, si par contre il est capté par les éléments d'une des autres zones la voie doit être déplacée de sorte que le faisceau soit capté par les éléments de la zone du milieu. Le récepteur 47 est fixé sur le dispositif de ripage 14. Quand le faisceau lumineux est capté par les éléments d'une des zones extérieures du capteur 47 un signal est envoyé à un dispositif indiquant le sens et le déplacement que doit subir la voie pour occuper la position voulue.
Il est clair que pour les courbes de transition on doit tenir compte de la variation de la courbure en introduisant des facteurs de correction.
Le dispositif décrit sert également à contrôler l'alignement de la voie sur les sections en ligne droite les points E", B" et C" devant être alignés parallèlement à la voie. L'émetteur 46, le récepteur 47 et l'écran 52 peuvent être installés d'un côté ou de l'autre de la machine. On peut en installer des deux côtés (E"', B"', C"') car ils permettent également à contrôler que le gabarit n'est pas dépassé ou n'est pas obstrué par un corps étranger, en effet si un obstacle interrompt le faisceau lumineux entre l'émetteur et le récepteur une sonnerie retentit et la marche de la machine est interrompue.
Le dispositif mécanique multiplicateur décrit peut être remplacé par un dispositif hydraulique pneumatique ou électrique.
En agissant par exemple sur la longueur Y on peut déplacer la voie par rapport à son ancienne position.
Pour la marche haut-le-pied le cadre 16 est escamoté sous le châssis 18 du véhicule tracteur 1. A titre d'exemple nous donnons les distances entre les points A', B', C' d'une réalisation envisagée par le déposant.

A'B'=11,5 m
_A'F' = ₅,₂₅ m
B'C'=19 m

Il est possible d'intégrer un microprocesseur qui enregistre le tracé de l'ancienne voie et calcule la position de l'émetteur de sorte à reproduire le même tracé après le renouvellement ou l'entretien ou à le déplacer par rapport à l'ancienne position.

Claims

1. Procédé de guidage d'un dispositif de positionnement de voie ferrée, équipant une machine de renouvellement ou d'entretien d'une voie ferrée, par rapport à une base de référence solidaire de la machine, caractérisé par le fait que J'on mesure la courbure d'un tronçon (AFB) appartenant exclusivement à l'ancienne voie, avant le renouvellement ou l'entretien tendu par une corde (AB), solidaire de la machine, de longueur déterminée et constante (a), que l'on fait passer par le point (B) qui représente l'extrémité postérieure de la dite corde (AB) dans le sens de l'avancement de la machine, une droite dont la direction par rapport à ladite corde (AB) est une fonction de ladite courbure mesurée, et que l'on prend sur cette droite une longueur constante (b) mesurée à partir dudit point (B) et dont l'autre extrémité (C) définit la position voulue de la voie à positionner.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la direction de ladite droite est fonction uniquement de la courbure mesurée.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la direction de ladite droite est fonction de la courbure mesurée et d'un facteur tenant compte de la variation de la courbure ou/et d'un déplacement voulu par rapport à l'ancienne voie.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on enregistre la valeur de la courbure mesurée et que l'on détermine ladite position voulue en utilisant la valeur enregistrée.

5. Machine de renouvellement ou d'entretien d'une voie ferrée pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 équipée d'un dispositif de positionnement de la voie ferrée, d'une base de référence (AB) et des moyens de guidage du dispositif de positionnement (EBC), caractérisée par le fait que le dispositif mesurant la courbure dudit tronçon est solidaire d'une partie de ladite machine se déplaçant sur l'ancienne voie et que le dispositif de positionnement se trouve sur une partie de la machine se déplaçant sur la voie ayant subi le renouvellement ou l'entretien.

6. Machine d'entretien, notamment pour l'assainissement du ballast, selon la revendication 5 comprenant notamment un véhicule tracteur (1) roulant sur l'ancienne voie et un second véhicule (3) roulant sur la voie ayant subi le renouvellement ou l'entretien, les deux véhicules (1, 3) supportant des moyens pour soulever la voie, des moyens de dégarnissage (9) du ballast, des moyens de criblage (6) des moyens de transport du ballast à assainir (7, 8) du ballast assaini (10, 11) et de détritus (4, 5) et des moyens de ripage (14) pour le positionnement de la voie assainie, caractérisée par le fait qu'un cadre rectangulaire (16) est suspendu par des moyens extensibles (17) sous le châssis (18) du véhicule tracteur (1) parallèlement au plan de la voie, que ledit cadre (16) est muni de deux palpeurs de voie (19, 20) fixes à distance constante et déterminée l'un de l'autre dont les centres (A', B') matérialisent les extrémités de la corde solidaire de la machine et d'un troisième palpeur de voie (28) disposé entre lesdits palpeurs (19, 20) mobile transversalement pour mesurer la flèche d'un point (F') du tronçon de la voie ou de son équivalent limité par les deux palpeurs fixes (19, 20), qu'un dispositif mécanique, pneumatique, hydraulique ou électrique enregistre la valeur de la flèche dudit point (F') et calcule et indique la position d'un point lequel définit avec l'extrémité postérieure (B') de la corde solidaire de la machine ou son équivalent (B" ; B"') la direction dudit segment de droite (B'C'), ou de son équivalent (B"C" ; B"'C"') qu'un récepteur comparateur (47) solidaire au point (C) à positionner ou à son équivalent (C", C"') capte un signal émis d'un émetteur (46) disposé au point indiqué par ledit dispositif mécanique pneumatique, hydraulique ou électrique, ou à son équivalent (E" ; E"'), ledit signal indiquant la position que doit occuper le point de la voie ou de son équivalent (C" ; C"') et l'écart entre la position indiquée et la position occupée par ledit point étant transmis à un dispositif commandant le dispositif de ripage (14).

7. Machiné selon la revendication 6, caractérisée par le fait que l'émetteur (46) est une source de lumière unidirectionnelle.

8. Machine selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le comparateur (47) est un capteur photoélectrique divisé en trois zones verticales, la réception dudit signal par la zone du milieu indiquant que ledit point (C') ou son équivalent (C", C"') occupe la position indiquée.