Technique de mesure et de diagnostic de CFF Infrastructure.

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1 Technique de mesure et de diagnostic de CFF Infrastructure. Nous mesurons et testons pour vous.

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3 Sommaire. Technique de mesure et de diagnostic 4 3 Diagnostic de l infrastructure 6 Roulement dynamique 8 Pantographe et ligne de contact 10 Mesures électriques 11 Mesures en continu de l affaissement des voies 12 Mesures locales de grandeurs mécaniques 13 Balances dynamiques et de surcharge 14

4 CFF Infrastructure unité Interaction. Technique de mesure et de diagnostic. 4 Les clients et les partenaires des CFF s attendent à juste titre à disposer d un réseau ferroviaire fonctionnant à la perfection pour le transport des personnes et des marchandises. La forte demande de transport sur rail engendre une utilisation intensive de l infrastructure ferroviaire, ce qui pose des exigences élevées en matière de surveillance et d entretien. Des contrôles d état réguliers, avec vérification des installations d infrastructure, du matériel roulant ainsi que des interfaces roue-rail et pantographe-caténaire sont d une importance centrale. Des mesures spéciales concernant les vibrations, sollicitations des éléments et affaissements des voies complètent les dispositions prises pour la maintenance et le développement de l infrastructure ferroviaire. Les résultats de ces mesures et contrôles servent de base à une planification économique des travaux d entretien requis et sont ainsi garants d un réseau ferroviaire fonctionnant sans accroc. Les 25 collaborateurs de la Technique de mesure et de diagnostic de CFF Infrastructure fournissent une contribution importante à la surveillance et au contrôle de l infrastructure ferroviaire suisse et procèdent à des mesures non seulement pour les CFF, mais aussi pour d autres compagnies de chemin de fer. Ils passent ainsi périodiquement à la loupe quelque 3000 kilomètres de réseau ferroviaire. L interprétation rapide et correcte des données complexes est un facteur de succès décisif pour chaque mesure. Les professionnels de l équipe de technique de mesure et de diagnostic maîtrisent non seulement les méthodes de mesure et les technologies utilisées, mais proposent aussi à l industrie et aux compagnies de chemin de fer des idées pour le développement de la technique et des véhicules ferroviaires. î Les premiers résultats d analyse sont disponibles. î Les résultats d analyse feront l objet d une discussion. î Installation d une balance dynamique.

5 5 Production et installation de balances dynamiques et de surcharge Mesures électriques Diagnostic de l infrastructure Mesures du roulement dynamique Domaines d activité de la technique de mesure et de diagnostic de CFF Infrastructure Mesures aux pantographes et lignes de contact Mesures locales de grandeurs mécaniques Mesures d affaissements des voies î Domaines d activité de la technique de mesure et de diagnostic de CFF Infrastructure. Dans tous ces domaines d activité, des spécialistes sont à tout moment à la disposition de la clientèle et des partenaires des CFF, comme interlocuteurs pour des mesures et des conseils. Toutes les mesures effectuées respectent les principes de l accréditation DIN EN ISO/IEC Les collaborateurs de l unité Technique de mesure et de diagnostic utilisent les véhicules suivants pour leurs mesures de l infrastructure ferroviaire: véhicule automoteur de diagnostic de CFF Infrastructure (DFZ) voiture de mesure de la ligne de contact wagon de mesure de l affaissement des voies voiture de mesure du roulement dynamique VU IV voiture de mesure du roulement dynamique RIC wagons de mesure de court-circuit wagon d étalonnage

6 Domaine. Diagnostic de l infrastructure. 6 La mise en service de nouvelles infrastructures ferroviaires comme les nouvelles lignes Zurich Thalwil et Mattstetten Rothrist ainsi que de tunnels nouveaux ou planifiés comme les tunnels de base du Lötschberg ou du Saint-Gothard accroissent les exigences posées à la surveillance et au contrôle périodique des installations ferroviaires. Dans ce contexte, le véhicule de diagnostic automoteur et le wagon de mesure de la ligne de contact remplissent les tâches suivantes: relevé périodique de l état des installations d infrastructure comme base de la planification de l entretien analyses spéciales des données mesurées par les deux véhicules «fonction de garde-voies» pour les lignes avec Vmax. 160 km/h contrôle de l interaction dynamique entre pantographe et ligne de contact réception de nouvelles installations Le véhicule de diagnostic automoteur DFZ Pendant des décennies, la surveillance et le contrôle périodique des installations ferroviaires furent assurés exclusivement par des collaborateurs travaillant «à vue» et sans moyens auxiliaires particuliers. Ces «garde-voies» parcouraient les lignes à pied et annonçaient les irrégularités aux services spécialisés concernés. Ces contrôles à vue gardent leur importance aujourd hui et continuent d être exécutés dans toute la Suisse en dehors des nouvelles lignes. Mais désormais, ces spécialistes disposent d instruments de travail modernes. Par exemple, le véhicule de diagnostic automoteur des CFF est unique en Europe. Il peut parcourir les lignes jusqu à une vitesse maximale de 120 km/h et les spécialistes se trouvant à bord peuvent effectuer des mesures concernant le lit de ballast, la géométrie des voies et la ligne de contact, d une manière rapide, précise et avantageuse. î Cabine de conduite moderne du véhicule automoteur de diagnostic. î Analyses à l écran durant la course de mesure.

7 Mesure de la géométrie des voies Ecartement, direction, dévers, gauchissement, niveau longitudinal Mesure du profil des rails Profils de rail, usure des rails, géométrie du contact roue-rail Mesure et inspection de la ligne de contact Contrôle de la position du fil de contact et de son usure ainsi que des changements subis par les supports de caténaire, pendules, pinces, câbles porteurs, fils de contact et isolateurs; position des contrepoids, des points fixes sollicités asymétriquement Mesures des tensions et des courants de retour par le rail 7 Mesure de l usure ondulatoire Parties à ondes courtes, moyennes et longues Mesure et inspection des voies Etat des fixations des rails, des tables de roulement, des traverses, du lit de ballast, position des fixations du rail et des éléments d enclenchement posés dans la voie Inspection vidéo Vidéo montrant l ensemble de la voie du point de vue du mécanicien de locomotive î Interrupteur de commande du véhicule de diagnostic. î Caméra haute technologie à l intérieur du véhicule de diagnostic. î Evaluation des données à l intérieur du wagon de mesure de la ligne de contact.

8 Domaine. Roulement dynamique. 8 Les analyses du roulement dynamique englobent la saisie, l analyse et l évaluation des propriétés dynamiques des véhicules ferroviaires. Des analyses du roulement dynamique sont effectuées partout où il s agit d apporter la preuve de sécurité aux autorités de surveillance, afin par exemple de faire homologuer de nouveaux véhicules ainsi que d étendre ou de modifier le programme d affectation de véhicules existants. Les spécialistes du domaine Roulement dynamique interviennent aussi lorsqu il s agit d effectuer des mesures pour l exploitation de trains à pendulation lors du franchissement de courbes à grande vitesse. La vitesse opérationnelle admissible est définie sur la base de l homologation de véhicules pour des trajets déterminés. Les analyses de roulement dynamique doivent apporter la preuve que les valeurs limites et conditions de marche indiquées dans les spécifications du véhicule sont respectées jusqu à 10 % au-dessus de l utilisation opérationnelle ou pour des scénarios de panne. A cet effet, les collaborateurs du roulement dynamique effectuent des courses de mesure dans des conditions sortant des prescriptions de circulation des trains. Pour la planification, l organisation et l exécution de ces courses de mesure, les collaborateurs doivent disposer de l expérience adéquate, gérer les risques de manière appropriée pour tout le déroulement et exercer une collaboration bien rodée avec les instances opérationnelles. De plus, ils doivent établir la référence exacte entre les signaux mesurés et la ligne, ainsi que quantifier et prendre en compte la qualité de l assiette de la voie (valeurs QN). Le service de technique de mesure des CFF dispose de toutes ces compétences et remplit toutes ces exigences. î Essieu de mesure pour les mesures du roulement dynamique.

9 Les normes et règles utilisées en matière de roulement dynamique sont les suivantes (elles sont adaptées en permanence à l état de la technique) 9 è Roulement dynamique: UIC 518, 518-1, 518-2, 519; EN è Confort: UIC 513, EN è Suisse: Dispositions d exécution de l ordonnance sur les chemins de fer (DE-OCF) Les spécialistes du roulement dynamique évaluent les critères suivants è Sécurité de roulement è Stabilité de roulement è Comportement du roulement è Sollicitation du parcours è Comfort Nous utilisons à cet effet l instrumentation suivante pour les mesures è Essieux de mesure prêts à l utilisation pour différentes séries de véhicules des CFF, y compris unités de transfert inductif et préprocesseurs (adaptables sur commande pour des véhicules quelconques) è Environ 90 accéléromètres (domaines 2g, 4g et 30g) è Quelque 25 capteurs de distance è Un système de mesure pour la saisie synchrone et décentralisée de 5 16 signaux sur 500 m, extensible à plus de 300 signaux (taux d échantillonnage par signal jusqu à 1 khz) è Deux wagons de mesures pour des vitesses jusqu à 250 km/h, è Une grande collection de données des lignes du réseau suisse à voie normale è Un atelier bien équipé, avec voie sur pilotis, à un emplacement central. Sont mesurées les grandeurs physiques suivantes è Les forces roue-rail verticale (Q), transversale (Y) et longitudinale (Tx) ainsi que le niveau d appui des roues. On peut en déduire les forces de déplacement de la voie (Y), le coefficient de déraillement (quotient Y/Q extérieur), le coefficient de frottement (Y/Q intérieur) et le moment de basculement è Les accélérations transversales au châssis du bogie au-dessus des boîtes d essieu (stabilité, sécurité) è Les accélérations transversales et verticales aux boîtes d essieu ainsi que verticales au châssis de bogie (analyses spéciales) è Les accélérations transversales et verticales de la caisse du véhicule au-dessus du milieu du bogie (sécurité, comportement au roulement, confort) ainsi que transversales, verticales et longitudinales au milieu du véhicule (confort) è Les vitesses angulaires le long de l axe longitudinal du véhicule (confort des trains à pendulation) è Les distances pour des analyses spéciales (p. ex. pour déterminer l angle de pivotement, l angle de roulis ou les déplacements transversaux des tampons) è Les forces longitudinales (pression et traction, typiquement pour les essais de poussée) è D autres grandeurs physiques liées à des projets, telles que la pression barométrique de lignes aériennes ou la température de corps de roue ou de disques de frein è Les profils de roue et de rail (géométrie de contact, conicité équivalente, appariements quelconques)

10 Domaine. Pantographe et ligne de contact. 10 Les spécifications de la norme européenne EN doivent être respectées pour les homologations de véhicules et de pantographes. Le service de la technique de mesure de CFF Infrastructure contrôle le respect de ces spécifications en è Déterminant les forces de contact minimales et maximales è Enregistrant la force de contact moyenne ainsi que son écart type sur la base d évaluations statistiques et de tronçons de référence è Vérifiant les dimensions mécaniques du pantographe par rapport au profil d espace libre ou les distances minimales entre pantographe pour les véhicules à traction multiple è Évaluant les données mesurées en fonction de la conformité nationale à la norme EN è Mesurant l optimisation aérodynamique des pantographes Les forces de contact sont déterminées au moyen de pantographes de mesure conformes à la norme EN 50317, qui comprend è La compensation de l inertie de masse des bandes d usure è La compensation dépendant de la vitesse des forces aérodynamiques agissant vers le haut et vers le bas è Le contrôle de la position du fil de contact quant à sa hauteur et à son déplacement transversal En outre, le service de la technique de mesure de CFF Infrastructure contrôle le soulèvement du fil de contact lors du passage de véhicules, d après la norme européenne EN è La surveillance du soulèvement maximal admissible en fonction de la vitesse et du nombre de panto graphes levés en cas de traction multiple è Le repérage des pantographes fonctionnant mal ou défectueux è La détermination de pantographes incorrectement levés en cas de traction multiple î Travaux de montage à un pantographe.

11 Domaine. Mesures électriques. Par émission de courants et de champs électriques, les véhicules ferroviaires peuvent influencer la plage de fréquences des dispositifs de contrôle de l état libre de la voie, mais aussi les compteurs d essieux et les circuits d alimentation en courant de traction. Il en résulte des risques pour l exploitation ferroviaire. Les collaborateurs de la technique de mesure procèdent à des mesures électriques afin de détecter le plus tôt possible la cause de telles perturbations potentielles: détermination des courants perturbateurs dans le circuit primaire selon les prescriptions CFF J78 mesure des champs magnétiques (H) dans la zone des voies, avec évaluation à large bande de la densité de puissance sur une durée déterminée conformément aux prescriptions CFF J84 organisation de mesures d admittance pour véhicules moteurs électriques 11 Les experts de la technique de mesure de CFF Infrastructure procèdent également à d autres mesures électriques et électromagnétiques (compatibilité électromagnétique, CEM). î Détecteur d essieu. î Détecteur de courant sur circuit haute tension 15 kv pour la mesure du courant parasite.

12 Domaine. Mesures en continu de l affaissement des voies. 12 Les mesures en continu de l affaissement des voies permettent aux CFF d évaluer les éléments système de la voie ferrée et d optimiser ainsi à long terme l interaction entre les différentes composantes ainsi qu augmenter la durée de vie de l infrastructure ferroviaire. A cet effet, les mesures sont effectuées au moyen d un wagon de mesure d affaissement des voies, sous une charge d essieu standardisée et à une vitesse constante. L affaissement des voies est saisi en continu. î Wagons de mesure d affaissement des voies. î Mesure et analyse dans les wagons de mesure d affaissement des voies.

13 Domaine. Mesures locales de grandeurs mécaniques. Les mesures locales, c est-à-dire stationnaires, servent en premier lieu au contrôle des ouvrages d infrastructure, mais sont aussi utilisées pour l homologation de nouveau matériel ferroviaire. 13 Ces mesures visent à è Élaborer des bases pour les augmentations de vitesse et la planification des rénovations è Contrôler les composantes des systèmes è Optimiser la durée de vie ou l essai d exploitation des composants par le contrôle de différentes grandeurs mécaniques è Tester les éléments dans des conditions d exploitation è Relever les charges collectives è Vérifier les mesures environnementales Sont mesurées les grandeurs mécaniques suivantes è Rigidité des voies è Résistance au déplacement transversal des traverses et de la travée de voie è Dilatations, tensions et forces concernant les éléments de la voie ferrée è Répartition de la pression sous la travée de voie è Charge des ponts et vibrations è Nivellements de précision è Charges générées par le passage des trains sur les personnes, les véhicules et les installations è Affaissements dynamiques des voies

14 Domaine. Balances dynamiques et de surcharge. 14 Les CFF utilisent des balances dynamiques et de surcharge pour deux raisons notables: d abord, ils remplacent ainsi les ponts bascules pour des raisons économiques et peuvent, de cette manière, peser le fret de manière dynamique; d autre part, l utilisation des balances dynamiques et de surcharge leur permet de détecter les surcharges et les déplacements de charge des trains de marchandises à pleine vitesse. Pour le pesage dynamique, les CFF utilisent des balances, qu ils ont développées et produi - tes eux-mêmes, du type 97 (précision de ± 0,5 %) et du type 05 (précision de ± 0,25 %). Les deux systèmes de mesure sont homologués selon OIML R 106. La balance dynamique du type 97 est aussi utilisée, avec une configuration adaptée, pour la détection des surcharges et des déplacements de charge sur les véhicules ferroviaires en circulation. î Installation d une balance dynamique. î èinstallation technique d une balance dynamique. è

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16 CFF SA Infrastructure Interaction Technique de mesure et de diagnostic Stöckackerstrasse 25 CH-3018 Berne