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La robotique dans la construction ferroviaire

Automatisation de la maintenance des voies grâce à la robotique pour une sécurité renforcée et pour remédier à la pénurie de main-d'œuvre

La robotique dans la construction ferroviaire
Les études montrent qu'au cours des cinq prochaines années, environ 10000emplois devront être pourvus en Allemagne dans les domaines de la superstructure, du génie civil et de la construction de caténaires pour couvrir les fluctuations et la demande croissante due à des investissements plus importants. Dans une situation où le taux de chômage dépasse à peine les 3%, il sera presque impossible de trouver dans le futur la main-d'œuvre nécessaire dans le secteur de la construction ferroviaire. Aujourd’hui, très peu de personnes sont prêtes à travailler de nuit, par mauvais temps, les jours fériés et les week-ends, en extérieur et dans des conditions parfois dangereuses. De plus, le secteur ferroviaire est en concurrence avec d'autres secteurs florissants comme le BTP. Robel a reconnu cette tendance et a commencé à développer une nouv elle ligne de produits sous la forme de robots pour la construction et la maintenance des voies.

Procédés robotisés pour la maintenance des rails

Depuis la mi-2018, Robel mène des recherches sur les processus s de maintenance automatisée par robot avec sa propre équipe dans le Centre technique nouvellement créé . La proximité géographique et technique avec le département de développement de la division Machines et outils de l'entreprise est pour cela très utile. Il a ainsi été possible d'adapter des outillages légers motorisés éprouvés parmi les produits existant pour des applications robotiques. Ces outils de robotique sont actuellement testés sur deux robots Fanuc dans l'environnement de laboratoire du Centre technique et subissent des améliorations pour utilisation sur rails. Les brevets pour les procédés correspondants ont été déposés.

Exemple de soudage automatisé
Des essais de soudage automatique de rails montrent que le soudage robotisé permet de réaliser des joints de rails répondant à toutes les exigences de qualité et de sécurité du processus: Les joints de rail soudés par robot répondent à toutes les exigences de qualité et de sécurité et permettent un gain de temps considérable.Source: Robel Baumaschinen Gmb.La résistance a pu être facilement démontrée lors de l'essai de flexion en trois points.Le temps total réalisé, refroidissement compris, est bien inférieur à celui des procédés conventionnels.Une température de préchauffage réduite et le faible apport de chaleur pendant le soudage raccourcissent la phase de chauffe et de refroidissement.Grâce à la structure de la soudure aux contours proches de l'état final, il n'est pas nécessaire d'effectuer un ébavurage ni un meulage grossier.Une reconstruction complète du champignon de rail par rechargement est possible.Des métaux d'apport et des paramètres de soudage réglables permettent d'obtenir des résultats de travail nettement meilleurs et reproductibles.Grâce à la reconnaissance automatique de la surface, différents types de rails peuvent être soudés sans changement d'outillage majeur.Un rapport détaillé sur les essais réalisés en collaboration avec la Schweißtechnische Lehr-und Versuchsanstalt München suivra au 1er trimestre 2020.

Comment le robot arrive-t-il sur le chantier?

Les résultats des recherches de ces dernières années sont en cours d'intégration dans la conception d'une nouvelle famille de produits comprenant de multiples options de transport pour chacun des robots: des wagons ou conteneurs peu coûteux pour les petits chantiers aux unités de maintenance mobiles comme usines roulantes pour les travaux sur voies, en passant par le véhicule de déparasitage des caténaires, un large portefeuilles de véhicules incluant des solutions d'automatisation est en cours de création.La solution la plus basique: remorque à robot.Le véhicule de support de base peut accueillir jusqu'à deux robots portant une charge utile de 70kg chacun. Selon la programmation et le module intégré au véhicule, ces robots effectuent par exemple des tâches de mesure, meulent des âmes de rail ou des cœurs d'aiguillage ou vissent ou clippent les fixations de voies. Dans le cadre de son salond’usine2019, Robel a également présenté pour la première f ois un nettoyage des rails automatisé et respectueux de l'environnement grâce à un nouveau procédé de nettoyage cryogénique. Ce véhicule est spécialisé dans une tâche particulière mais peut être modif é pour d'autres activités dans le dépôt.

Le standard: conteneur à robot
Le robot, les outils et le matériel ainsi que l'alimentation électrique se trouvent dans un conteneur standard . Il est utilisé comme dernier maillon d'un train de maintenance sur un wagon plat. Le robot effectue les activités les plus div erses, dont des activités variables, telles que des tâches de mesure et de contrôle, des activités de nettoyage, des tâches de meulage et de fixation.Il peut également être utilisé pour corriger les défauts du champignon de rail. Dans les procédés courants, les défauts de rail sont traités en plaçant manuellement sur le rail une fraiseuse de champignon de rail. Le champignon de rail est ensuite soudé selon un procédé sous gaz de protection et la surface est ensuite finie par meulage. La ligne est ensuite libérée après mesure du nouveau profil. Ce type de dépannage nécessite habituellement trois personnes et entre trois et cinq heures de travail,selon les conditions de la voie et les conditions climatiques. Avec une solution entièrement automatisée, la réparation peut être effectuée par un opérateur en une à deux heures.

Le cas particulier: robots à caténaires

Les défauts de caténaires sont souvent la cause de retards car l'alimentation électrique de la caténaire doit toujours être coupée avant l'élimination de la source du défaut par du personnel spécialement formé. Les opérations d'arrêt, dont la mise à la terre, peuvent durer jusqu'à une heure et constituer un coût considérable, en particulier dans le transport urbain. De plus, les courants de fuite générés lors de la mise hors tension et sous tension de la caténaire entraînent des coûts supplémentaires élevés.Le robot, protégé électriquement dans le véhicule de maintenance, élimine également les éléments de perturbation de la caténaire sous tension, par exemple à l'aide d'outils de préhension et de découpe, en mode automatique ou télécommandé par l'opérateur. Personne n'entre à aucun moment en contact avec les lignes électriques et les coûts sont réduits au minimum. Le package complet: robot de maintenance mobile.La pose de voies robotisée permet d'atteindre une efficacité maximale dans l'environnement protégé d'un système de maintenance mobile, composé d'une unité de traction et d'alimentation, d'une unité de maintenance avec accès au rail et d'une unité de stockage facultative. Dans l'unité de maintenance pouvant atteindre 18m de long, plusieurs robots sont montés sur un rail de roulement parallèle à la v oie . Il est ainsi possible de déplacer des charges jusqu'à environ 500kg et même jusqu'à 5000kg avec des dispositifs de compensation de poids. La disposition alignée des robots automatise presque toutes les activités de réparation ponctuelle: changement de coupons, remplacement des joints d'isolation, changement des semelles, réparation des cœurs et des lames d'aiguillage. Tous les processus de travail sont en outre pleinement documentés.Le matériel et les outils sont également amenés automatiquement depuis le wagon intermédiaire par des modules de palan à chaîne se déplaçant sur toute la longueur du palan. Un poste de commande et de contrôle dans l'unité de maintenance permet à l'opérateur de surveiller le chantier.À l'heure actuelle, des équipes de chantier comptant habituellement six personnes sont déployées dans un système de maintenance mobile. À l'avenir, ces activités de maintenance pourraient être effectuées en toute sécurité et avec précision par un seul opérateur.

Le rôle de l'être humain dans le scénario
Une technologie sophistiquée facilite le passage à l'automatisation: l'unité de commande de tous les produits robotisés est conçue de manière à ce que chaque agent de voie possédant une qualification supplémentaire acquise lors de la formation du fabricant puisse exploiter chaque chantier, de la remorque à robot optimise également la logistique: Les réapprovisionnements d'équipements et de matériels sont effectués directement à partir de la machine ou, dans une prochaine étape, automatiquement à partir du système à l'aide de la technologie Kanban.La coopération sûre entre l'être humain et la machine est au premier plan de toutes les étapes de développement. Les robots et les véhicules porteurs sont conf ormes aux réglementations et normes en vigueur. D'autres dispositif s de sécurité tels que la surveillance de l'espace de travail, la technologie de commande et la séparation spatiale sont issus de processus de l'industrie robotique ayant fait leurs preuves depuis des décennies et répartis dans les paramètres spécifiques à la pose de voies.

De nouveaux modèles économiques pour une nouvelle ère
Au début d'un projet, chaque processus de travail est caractérisé avec le client v ia des machines de référence et des installations d'essai dans le laboratoire du centre technique. Cela réduit considérablement le délai de liv raison et le délai de mise en service. En peu de temps, les robots de pose de v oies travaillent avec une grande qualité dans chacun des réseaux prévus. Selon les besoins du client, les produits robotisés sont proposés de la location au service complet en passant par l'achat. Les véhicules porteurs peuvent être achetés ou loués par le client. Il est garanti pendant la durée du contrat que les robots fonctionnent de manière optimale dans chacune des configurations et qu'ils sont entretenus ou remplacés en temps opportun. Selon les heures de fonctionnement, un robot peut fonctionner entre trois et neuf ans avant de devoir être remplacé. Le remplacement ne d ure que quelques heur es et s'effectue chez Robel ou chez le client. Si les besoins changent, le client a la possibilité de louer à court terme de nouveaux processus de travail, y compris les outils et équipements nécessaires. Le robot est ensuite équipé ultérieurement du logiciel et du matériel appropriés. L'utilisation optimale ainsi obtenue permet de réduire les coûts au minimum. Le client est ainsi flexible, les coûts restent prévisibles et dépendent de la situation des revenus.Le calendrier de mise sur le marché des robots de pose de v oies est clairement défini: durant la prochaine étape,un véhicule porteur sera développé en série pilote, construit et testé sur la v oie d'essai
afin de le présenter sur le marché lors de l'Innotrans 2020.

Pour plus d’information : www.robel.com

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