Procédé de vissage et de dévissage des tirefonds d'une voie ferrée et machine pour la mise en oeuvre du procédé

Abstract

 Le procédé de vissage et de dévissage automatique des tirefonds (5, 26) au moyen d'un véhicule (1) se déplaçant en continu sur la voie (3, 4), permet de :

• détecter et de déterminer la position relative d'un tirefond (5) par rapport à une tête de tirefonnage (16) par un moyen optoélectronique (7, 8) et de régler, le cas échéant, l'inclinaison de la tête de tirefonnage;
• de positionner la tête de tirefonnage (16) au-dessus du tirefond (5, 26) et enclencher le cycle de tirefonnage individuellement pour chaque tirefond.

Toutes les opérations sont réalisées automatiquement pendant que le véhicule (1) se déplace en continu. Les têtes de tirefonnages (16) se déplacent en saut.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé de vissage et de dévissage des tirefonds d'une voie ferrée selon lequel un véhicule avançant sur la voie et portant des dispositifs de détection de tirefonds et des têtes de tirefonnage est utilisé, ainsi qu'une machine pour la mise en oeuvre du procédé.

[0002] Lors de la pose ou de la dépose des rails d'une voie ferrée, on utilise le plus souvent des tirefonneuses individuelles légères actionnées chacune par un opérateur. Il faut donc quatre personnes pour visser ou dévisser les quatre tirefonds d'une traverse à une cadence relativement rapide de 200 à 250 mètres à l'heure.

[0003] C'est le seul moyen manuel actuellement connu qui puisse positionner avec précision une tête de tirefonnage sur la tête d'un tirefond. Souvent, celle-ci n'est pas à sa place théorique, soit parce que la traverse n'est pas parallèle aux autres, soit parce que la traverse est dans une courbe, soit parce que la traverse a été mal alignée ou pour toute autre raison. Le tirefond peut également être enfoncé de manière oblique au lieu d'être situé sur un plan perpendiculaire à celui de l'axe de la traverse.

[0004] On a proposé, dans les documents FR-A-2 682 135 et FR-A-2 666 358, des machines actionnées par un seul opérateur. Les machines décrites dans ces documents disposent de deux doubles têtes de tirefonnage pour agir simultanément sur les quatre tirefonds d'une traverse, une double tête agissant par file de rail.

[0005] Dans le document FR-A-2 682 135, les quatre têtes sont baissées simultanément, après leur positionnement par rapport aux quatre tirefonds, la détection des écrous étant réalisée par des palpeurs mécaniques. Dans le document FR-A-2 666 358 on a prévu la descente individuelle de chacune des têtes et également la possibilité qu'une poutre supportant les doubles têtes puisse pivoter par rapport à un axe perpendiculaire au plan de la voie pour se mettre parallèlement à une traverse oblique. Il n'est pas prévu de détection préalable des écrous autre que celle faite visuellement par l'opérateur.

[0006] La mise en place des têtes de tirefonnage et l'enclenchement des opérations sont réalisés par un opérateur se trouvant derrière les deux doubles têtes de tirefonnage.

[0007] Ces dispositifs permettent, bien entendu, d'améliorer les conditions de travail car au lieu de quatre personnes on emploie une seule personne pour piloter la machine. Néanmoins, le positionnement des têtes de tirefonnage par rapport aux tirefonds se fait, soit par des palpeurs mécaniques rudimentaires, soit visuellement par l'opérateur. Il s'en suit que la précision de positionnement des outils par rapport aux tirefonds et la vitesse d'exécution dépendent surtout de l'habileté et de l'expérience de l'opérateur. Quant aux possibilités de réglage, ne serait-ce que pour les tirefonds inclinés, elles sont limitées, voire absentes.

[0008] La présente invention a pour but de proposer un procédé et une machine permettant de remédier aux inconvénients de la technique antérieure et d'assurer un travail de haute qualité à une cadence élevée.

[0009] Le procédé selon l'invention est défini par la clause caractérisante de la revendication 1.

[0010] Les avantages du procédé selon l'invention sont :

• le fait que l'on détermine la position relative exacte des tirefonds par rapport aux moyens de vissage de préférence avec capteur sans contact permet par la suite de positionner individuellement chaque tête de tirefonnage par rapport au tirefond avec exactitude,
• le fait que l'on peut incliner chaque tête individuellement par rapport au plan de la voie permet de l'adapter à l'éventuelle position oblique d'un tirefond,
• le fait que chaque tête est déplaçable et enclenchable individuellement permet de traiter chaque tirefond individuellement, ce qui divise par quatre, voire par huit, le taux de "ratés" et évite que les traverses de béton se fissurent,
• le fait que toutes ces opérations sont réalisées de manière purement automatique sans aucune intervention humaine, par des moyens techniques fiables ne nécessitant pas d'investissement financier déraisonnable, permet des économies de frais de personnel, lequel est libéré de tâches répétitives ingrates, et assure une précision optimale du couple de serrage des tirefonds.

[0011] Ainsi donc, non seulement les coûts de main-d'oeuvre sont supprimés, mais les opérations de positionnement des outils par rapport aux tirefonds se font avec précision et rapidement, sans dépendre de l'habileté et de la vitesse d'exécution d'une personne.

[0012] Selon un mode d'exécution préférable du procédé, la position relative d'un tirefond par rapport à la tête correspondante de tirefonnage est déterminée selon les étapes suivantes :

a. une base de référence orthogonale XYZ est définie, X étant parallèle à l'axe du rail, Y parallèle à la traverse et Z perpendiculaire au plan XY,

b. la position du chariot sur la voie est mesurée en permanence par rapport à la base de référence,

c. la position relative de chacune des têtes de tirefonnage est mesurée en permanence par rapport au chariot,

d. la position de chaque tirefond est détectée et calculée par rapport à la base de référence et,

e. l'écart de chaque tirefond par rapport à la tête de tirefonnage correspondant est calculé.

[0013] De préférence, les différentes positions mesurées sont enregistrées au fur et à mesure pour permettre une amélioration de la cadence de travail du véhicule. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'attendre la fin d'un cycle de travail pour mesurer les positions des tirefonds qui seront traités par la suite.

[0014] L'invention concerne également une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

[0015] La machine comprend un véhicule muni de moyens pour se déplacer sur la voie, des moyens pour détecter et déterminer la position relative d'un tirefond par rapport à une tête de tirefonnage, d'un module par file de rails équipé d'au moins une tête de tirefonnage, ledit module étant agencé pour pouvoir être déplacé par rapport au chariot dans la direction de l'axe de la file de rail, ladite tête de tirefonnage étant munie de moyens pour être déplacée parallèlement à l'axe de la file de rail, parallèlement à la traverse, perpendiculairement au plan défini par les deux directions précédentes et angulairement par rapport à cette troisième direction, et des moyens automatiques enclenchant individuellement un cycle de tirefonnage pour chaque tête.

[0016] Avec le procédé selon l'invention et la machine de mise en oeuvre, le déposant a obtenu une cadence de 400 mètres à l'heure.

[0017] L'invention sera décrite plus en détail à l'aide du dessin annexé.

[0018] La figure 1 est une vue schématique du chariot vu de côté.

[0019] La figure 2 est une vue partiellement en coupe transversale d'un rail sur une traverse.

[0020] La figure 3 est une vue en plan d'un rail sur des traverses.

[0021] La figure 4 est une vue de côté d'un chariot plus détaillé que la figure 1.

[0022] La figure 5 est une vue en coupe transversale montrant une double tête de tirefonnage de la position de travail.

[0023] La figure 6 est un schéma bloc d'un dispositif permettant de commander le positionnement de chaque tête de tirefonnage.

[0024] Le chariot 1 présenté à la figure 1 est muni d'un timon 2 par lequel il est relié à une machine assurant la locomotion du chariot. Le chariot se déplace sur le rail 3 fixé aux traverses 4 au moyen de tirefonds 5, 26. Le chariot 1 pourrait être muni de moyens de déplacement autonomes.

[0025] Le chariot 1 est muni d'un groupe 6 assurant l'alimentation en énergie aussi bien hydraulique qu'électrique. Un dispositif optoélectronique 7 de détection et de mesure de la position des tirefonds est disposé sur la partie antérieure du chariot. En principe, un tel dispositif par file de rails est utilisé. Le dispositif 7 est relié à un coffret 8 de mémorisation et de traitement de toutes les données électroniques. Un codeur 9 disposé à l'extrémité postérieure du chariot donne à chaque instant la position X₀ du chariot sur le rail 3. Le chariot 1 est muni sur sa partie supérieure d'une tige horizontale 11 solidaire du chariot 1 sur laquelle coulisse un module 10 muni sur sa partie inférieure de deux galets 12 assurant son guidage par rapport au rail 3. Le module 10 est déplacé selon un axe X parallèle à l'axe du rail par un vérin 13 commandé par un servovalve 14. La position X_M du module 10 par rapport au chariot 1 est indiquée par un potentiomètre linéaire 15. Le module 10 porte deux têtes de tirefonnage 16, 16a dont une seule est visible sur la figure 1. Chaque tête est munie d'un vérin 17 actionné par une valve 18 pour la montée et la descente de la tête de tirefonnage. Un codeur linéaire 19 permet de connaître la hauteur de la tête à tout moment. Un vérin à double effet 20 alimenté par une valve 21 assure le déplacement transversal de la tête 16 en la faisant coulisser sur des guides transversaux 22. Un codeur 23 permet de mesurer le déplacement transversal de la tête (Fig. 3).

[0026] Pour permettre l'immobilisation du module 10 par rapport au rail 3, le module est muni à sa partie inférieure de deux pinces 24 actionnées par des vérins 25 (Fig. 4). Ainsi, lorsque la tête de tirefonnage 16 se trouve au-dessus d'un tirefond 26 détecté et localisé préalablement par le dispositif 7, les pinces permettent d'immobiliser le module par rapport au rail 3 afin que la tête 16 puisse dévisser le tirefond.

[0027] Le dispositif 7 est un dispositif optoélectronique, par exemple une caméra CCD (pour Charge Coupling Device) à haute résolution. Une telle caméra est, en principe, utilisée pour chaque file de rails. En effet, l'image captée par cette caméra est partagée en deux parties, une partie par tirefond. La position de chaque tirefond est ainsi captée dans un plan XY (voir définition plus loin), ce qui permet de guider chaque tête de tirefonnage individuellement.

[0028] L'exécution représentée à la figure 4 est plus détaillée. Le chariot 1 est également équipé d'un module 10 muni de deux têtes de tirefonnage 16 et 16a. La tête 16a est représentée en position haute et elle est identique à la tête 16. Elle est montée sur deux colonnes de guidage 27 solidaires d'un fourreau 28 coulissant sur une tige de guidage 29. Un vérin 30 commandé par une valve non représentée agit sur un renvoi 31 formé d'une plaque triangulaire dont un des sommets est solidaire de l'extrémité du vérin 30, un autre sommet est solidaire d'une tige 27a solidaire d'une des colonnes de guidage 27 et le troisième muni d'un codeur 32 est articulé autour d'un axe 31a solidaire du module 10.

[0029] Les têtes 16 et 16a sont indépendantes l'une de l'autre concernant le sens de déplacement selon trois axes orthogonaux X, Y, Z à l'intérieur bien entendu du module 10.

[0030] Afin de permettre l'inclinaison de la tête 16 d'un angle φ pour serrer ou desserrer des tirefonds obliques par rapport aux traverses, un vérin 33 (figure 5) permet par son extension l'inclinaison de la tête par pivotement autour de la tige de guidage 29. A la figure 5 on a représenté la tête de tirefonnage 16 en position perpendiculaire à la traverse 4, c'est-à-dire correspondant à un angle φ égal à 0°. Cet angle pourrait varier jusqu'à environ 5° par la seule extension du vérin 33.

[0031] Le potentiomètre 15 de la figure 1 permettant de connaître le déplacement du module 10 a été remplacé à la figure 4 par un codeur rotatif 34 entraîné par une courroie 35 dont les deux extrémités sont fixées sur deux faces antérieures et postérieures du module 10, notamment aux points 10a et 10b. Trois galets de renvoi 34a, 34b, 34c assurent le déplacement de cette courroie crantée lors du déplacement du module 10 à l'intérieur du chariot.

[0032] A la figure 4, le module 10 est suspendu à un tube 11 par deux paires de galets 36, 37, 38, 39 qui assurent la suspension et le guidage du module 10, son déplacement étant fourni par le vérin 13. Chaque tête de tirefonnage 16 comprend un moteur hydraulique 16b avec réducteur incorporé, un compteur 16c du nombre de tours et une clé 16d.

[0033] A partir de cette machine, on décrira maintenant le procédé selon l'invention.

[0034] Lors de l'avance du chariot 1 sur le rail 3, le détecteur 7 capte et mémorise la position exacte de chaque tirefond dans le plan XY d'une base de référence orthogonale XYZ définie de la manière suivante : X est un axe parallèle à l'axe du rail 3 et situé sur le sommet du rail, Y est un axe perpendiculaire au précédent et parallèle à la traverse, situé sur le flanc interne du rail, Z étant perpendiculaire au plan défini par les deux autres axes.

[0035] Ainsi, pour une traverse i, les coordonées de tirefonds sont les couples X_1i Y_1i, X_2i Y_2i, X_3i Y_3i, X_4i Y_4i. L'ordinateur calcule ensuite les différences ΔX, ΔY entre les positions de tirefonds et celles des têtes correspondantes selon les deux axes X et Y.

[0036] Les vérins asservis 13, 20 et 30 amènent chacune des têtes au-dessus des tirefonds à traiter, par exemple le tirefond 26. En d'autres termes, les têtes se déplacent jusqu'à ce que les différences ΔX, ΔY soient nulles. Le vérin 25 ferme alors la pince 24 pour immobiliser le module 10 et le cycle de chaque tête de tirefonnage commence, à savoir : la descente vers le tirefond, le vissage et la remontée. Par la suite le module 10 est libéré par desserrage de la pince 24 et il se déplace en direction des tirefonds de la traverse suivante.

[0037] En se référant maintenant à la figure 1, on pourrait représenter plus en détail le calcul des différences ΔX, ΔY. En effet, la position du chariot 1 et notamment sa partie postérieure (dans le sens de déplacement pendant le travail) est X₀; la distance entre cette partie postérieure du chariot et la position du détecteur étant X_D, la position absolue des tirefonds d'une traverse détectée par le détecteur 7 sera

, X_0i étant la position de référence du chariot pour la traverse i. De la même manière pour le tirefond qui se trouve à la position i + 1 on aura

etc. La position du module sur le chariot est X_M ainsi la distance à parcourir par une tête de tirefonnage pour arriver à la position X_i est égale à

étant la position du chariot à l'instant du calcul. Un système hydraulique recevant les valeurs de calcul permet le déplacement des têtes à travers des valves hydrauliques alimentant des pistons de commande (voir fig. 6).

[0038] Les déplacements selon Y et Z sont plus simples puisqu'il suffit de connaître les positions Y_i et Z_i des tirefonds et Y_M et Z_M du module et de faire annuler la différence Y_i-Y_M et Z_i-Z_M lorsque

.

[0039] La valeur de l'angle φ est préréglée sur la base de constatations visuelles préalables aux travaux ou conformément aux données établies lors de la mise en place de la voie. Néanmoins, si pour une raison ou une autre un des tirefonds a été enfoncé avec un angle qui diffère de l'angle φ préréglé, lorsque l'outil 16d essaie de saisir la tête du tirefond, un autoréglage de l'angle φ est réalisé autour de la position préréglée afin que l'outil 16d puisse saisir le tirefond sans le détruire.

[0040] Sur le schéma bloc de la figure 6, nous avons représenté un tirefond 5 disposé d'une part d'une file de rails 3 et dont les coordonnées absolues sont X_i, Y_i, Z_i. Le dispositif 7 permet de connaître les coordonnées détectées X_D, Y_D, Z_D. Le codeur 9 indique la position X₀ du chariot 1 ce qui permet, dans un premier temps, de calculer la coordonnée absolue

du tirefonds. Par la suite, le potentiomètre 15 indique la position longitudinale X_M du chariot, ce qui permet de calculer la position absolue du chariot X_M + X₀ et de calculer la différence ΔX_i. ΔX_i est la distance que doit parcourir le chariot 1 pour que la tête soit positionnée au-dessus du tirefond 5 et qui correspond à un signal SV_x à envoyer à l'électrovalve du vérin 13 et éventuellement 30 pour assurer le déplacement selon X du module. De la même manière, la valeur Y_D est transmise à un calculateur qui permet de calculer la différence ΔY_i en tenant compte de la position Y_M du module qui est connue puisqu'elle est toujours la même. On peut ainsi envoyer un signal SV_y correspondant à ΔY_i à l'électrovalve du vérin à double effet 20 pour positionner la tête de tirefonds selon l'axe Y.

[0041] Enfin, la position Z_D du module qui est également constante permet de calculer la valeur ΔZ_i qui correspond à un signal SV_Z à envoyer à l'électrovalve du vérin 17 permettant de baisser la tête à la hauteur du tirefond 5. Enfin, le cas échéant, l'angle φ est introduit dans un dispositif, ce qui permet d'envoyer un signal EVφ à l'électrovalve du piston 33 pour commander le déplacement angulaire de la tête de tirefonnage.

Revendications

1. Procédé de vissage et de dévissage des tirefonds d'une voie ferrée selon lequel un véhicule avançant sur la voie et portant des dispositifs de détection de tirefonds et des têtes de tirefonnage est utilisé, caractérisé en ce que le véhicule est déplacé en continu, tandis que les têtes de tirefonnage sont déplacées par rapport audit véhicule par saut d'une position de travail à l'autre, et que les étapes suivantes sont réalisées de façon entièrement automatique pour chaque traverse :

a. la position relative de chaque tirefond par rapport à la tête de tirefonnage correspondante est déterminée,

b. l'inclinaison de la tête de tirefonnage par rapport au plan de la voie est, le cas échéant, réglée.

c. chaque tête de tirefonnage est positionnée individuellement pour qu'elle coïncide avec la position exacte d'un tirefond dans un plan parallèle au plan de la voie,

d. un cycle de tirefonnage est enclenché individuellement pour chaque tête comprenant la descente, le serrage, respectivement le desserrage des tirefonds, et la remontée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la position relative d'un tirefond par rapport à la tête de tirefonnage correspondant est déterminée selon les étapes suivantes :

a. une base de référence orthogonale XYZ est définie, X étant parallèle à l'axe du rail, Y parallèle à la traverse et Z perpendiculaire au plan XY,

b. la position du chariot sur la voie est mesurée en permanence par rapport à la base de référence,

c. la position relative de chacune des têtes de tirefonnage est mesurée en permanence par rapport au chariot,

d. la position de chaque tirefond est détectée et calculée par rapport à la base de référence et,

e. l'écart de chaque tirefond par rapport à la tête de tirefonnage correspondant est calculé.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les valeurs mesurées aux étapes b, c et d sont mémorisées dans un calculateur.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le cycle automatique de tirefonnage pour le vissage comprend les étapes suivantes après le positionnement d'une tête de tirefonnage par rapport au tirefond :

a. blocage longitudinal de la tête sur le rail correspondant,

b. descente rapide vers le tirefond,

c. introduction de l'outil saisissant la tête du tirefond,

d. mise en rotation de l'outil,

e. mesure du couple de serrage,

f. arrêt automatique lorsqu'une valeur prédéterminée du couple de serrage est dépassée,

g. dégagement de l'outil et remontée rapide,

h. déblocage de la tête du rail correspondant.

5. Machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend un véhicule (1) muni de moyens pour se déplacer sur la voie, de moyens (7, 8) pour détecter et déterminer la position relative d'un tirefond par rapport à une tête de tirefonnage, d'un module (10) par file de rails (3), équipé d'au moins une tête de tirefonnage (16, 16a), ledit module (10) étant agencé pour pouvoir être déplacé par rapport au véhicule dans la direction de l'axe de la file de rails, ladite tête de tirefonnage (16, 16a) étant munie de moyens (30, 31, 27a; 17, 18; 20, 21, 22; 33) pour être déplacée parallèlement à l'axe de la file de rails (3), parallèlement à la traverse (4), perpendiculairement au plan défini par les deux directions précédentes et angulairement par rapport à cette troisième direction, et des moyens automatiques enclenchant individuellement un cycle de tirefonnage pour chaque tête.

6. Machine selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle est en outre munie de moyens (9; 7, 8; 15) pour détecter et mesurer la position du véhicule sur la voie, la position des tirefonds et la position des têtes de tirefonnage correspondantes par rapport au véhicule (1) et des moyens de calcul pour calculer la position relative des têtes de tirefonnage par rapport aux tirefonds correspondants et pour calculer en permanence l'écart desdites têtes aux tirefonds suivants.

7. Machine selon la revendication 6, caractérisée par le fait qu'elle est munie de moyens permettant d'enregistrer les valeurs de position du véhicule, du tirefond et des têtes de tirefonnage correspondantes.

8. Machine selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que le véhicule est muni de moyens automoteurs.

9. Machine selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée par le fait que les moyens permettant de déplacer les têtes de tirefonnage sont des moyens hydrauliques, ou des moteurs associés à des vis, ou un système de leviers articulés.

10. Machine selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée par le fait que les moyens de détection des tirefonds sont des capteurs sans contact, notamment des moyens optoélectroniques.

11. Machine selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisée par le fait que chaque tête de tirefonnage (16, 16a) comprend des moyens de positionnement de la tête par rapport au tirefond, des moyens de blocage (24, 25) de la tête par rapport au rail (3), des moyens (17, 18) de descente rapide et d'introduction de l'outil, des moyens (16b) de mise en rotation, des moyens de mesure du couple de serrage, respectivement du desserrage, des moyens pour arrêter automatiquement le serrage lorsque le couple augmente, des moyens de dégagement de l'outil.

Dessins