DB Minden ont testé les jauges de contrainte optiques de chez HBM
Beaucoup d’essais et de nombreuses inspections sont obligatoires pour l’approbation des nouveaux véhicules ferroviaires. Certains essais de fonctionnement concernent les ensembles roues-essieux en mesurant les forces entre la roue et le rail. L’organisme d’essai indépendant DB Systemtechnik à Minden, en Allemagne, explore les possibilités résultant de l'utilisation des nouvelles jauges de contrainte optiques, comme les K-OP de HBM.
Fig. 1: 24 jauges de contraintes ont été installées sur chaque roue et raccordées de chaque coté. Cela représente un effort d'installation important.
Fig. 2: L'ensemble roues-essieu complet, équipé de jauges de contrainte, est étalonné sur un banc d'essai spécialement développé à cet effet.
Fig. 3: Des premiers essais ont été fait avec un ensemble de roues équipé de jauges optiques HBM; en comparaison, des jauges conventionnelles ont été aussi installées.
Conditions d'essai
Pour les mesures de la force de contact roue/rail, il est nécessaire de déterminer à la fois la force verticale et la force latérale entre le rail et les roues. Les forces actives entre le rail et la roue occasionnent une déformation des roues, l’axe instrumenté de jauges de contrainte enregistre ces déformations et les convertir en une valeur de force à l’aide d’un logiciel de mesure. Des jauges de contrainte conventionnelles sont couramment employées pour cette application.
Equipement considérable
Dans cet organisme d'essai à Minden, les jauges de contrainte sont installées sur un ensemble roues-essieu constitué de deux roues et d'un axe. Cet équipement exige un total de 48 jauges de contrainte par roue (fig. 1). Les lignes de câbles sont menées dans l'axe creux par un trou. L'électronique complète, comprenant les amplificateurs et la transmission du signal, est située à l'extrémité de l'axe.
L'installation des jauges de contrainte et des câbles est complexe et demande plusieurs semaines pour chaque ensemble roues-essieu. Les jauges de contrainte doivent être installées individuellement et raccordées. Puisque l’ensemble roues-essieu est sujet à des efforts mécaniques relativement élevés pendant les essais, les câbles doivent être entièrement collés.
Banc d'essai
Quand les jauges de contrainte, les câbles et l'électronique ont été installés, l’ensemble roues-essieu de mesure doit être étalonné. Pour cela, cet ensemble, au complet, est construit dans un banc d'essai développé spécialement (fig. 2). Les trous d'entrée de câble provenant des jauges installées et allant vers l’amplificateur constituent une influence sur la stabilité des mesures des roues-essieu. L'effort exigé, pour garantir uniformément que les pièces soient exemptes de fissures par des essais par ultrasons, est ainsi vraiment conséquent.
Un autre inconvénient de l’équipement d'essai est dû à l'endroit choisi pour la mise en place de l'électronique de mesure : sa partie en rotation est installée à l’intérieur et sa partie fixe est monté sur l’axe ; l'endroit est toutefois sujet à des contraintes extrêmement élevées dans le secteur des roues-essieu.
Amélioration en utilisant des jauges de contrainte optiques
A Minden, DB Systemtechnik travaille régulièrement pour optimiser et développer de futures méthodes pour éliminer les inconvénients décrits ci-dessus sur les roues-essieux de mesure. Une approche, actuellement suivie, est d'employer des jauges de contrainte optiques; un avantage important à utiliser les jauges de contrainte optiques, comme les K-OL de HBM (fig3).
Réduction des efforts d'installation.
Lorsqu'on utilise des jauges de contraintes optiques, l'avantage majeur est d'avoir une réduction significative de l'effort de mise en oeuvre. « En utilisant des jauges de contrainte optiques, cela nous permettrait de raccourcir les temps d'installation à quelques jours au lieu de quatre à cinq semaines actuellement. » explique Andreas Brodtka, responsable de la production des ensembles roues-essieu de mesure chez DB Systemtechnik. La réduction de l'effort d'installation et moins de maintenance pendant les essais ont, naturellement, pour conséquence des coûts réduits. Comme la compensation complexe des parasites ne serait plus nécessaire, 20 jauges de contrainte par roue seraient suffisantes. « Le fait de pouvoir avoir jusqu’à 20 jauges de contrainte optiques sur une seule ligne de fibre est d'une importance particulière. » énonce l'ingénieur d’essais.
Installation des lignes de mesure sans perçage.
En outre, de minces fibres de verre ont pu être placées à l'extérieur sans avoir à percer un trou dans l'axe. Une solution permettant la pose de la fibre optique sans aucun trou est actuellement développée. La partie transmission de la zone en rotation jusqu'à la partie fixe sur les roues-essieu sera toujours nécessaire, les signaux transmis par la fibre optique pourraient être envoyés par l'intermédiaire d'un ensemble optique à bagues tournantes. L'interrogateur traitant les signaux des jauges de contrainte optiques pourrait alors être situé et bien protégé à l'intérieur du véhicule et recevoir les signaux provenant des fibres optiques.
Perspectives
Actuellement, les jauges de contrainte optiques sont employées au DB Systemtechnik de Minden uniquement dans le cadre d’un projet de recherche, mais les résultats obtenus montrent tout le potentiel des jauges optiques dans ce domaine.
