Détermination de l'effort de contact pantographe-caténaire par méthode inverse

Contact force measuring method on a pantograph by inverse method

¹ VIBRATEC, 28 chemin du Petit Bois, BP 36, 69131 Écully Cedex, France
² Direction de l'Ingénierie SNCF, Département Traction Électrique, 6 avenue François Mitterrand, 93574 La Plaine Saint-Denis Cedex, France

Auteur de correspondance : julien.berger@vibratec.fr

Reçu : 2 Octobre 2008
Accepté : 23 Juin 2009

Résumé

La connaissance de l'effort de contact entre le pantographe et la caténaire est un élément essentiel de l'évaluation de la qualité du captage du courant. La SNCF étudie cet effort pour qualifier le matériel et les infrastructures nouvelles, ou en vue de détecter les défauts dans la caténaire. La méthode de mesure utilisée jusqu'à présent, basée sur une hypothèse d'archet rigide, a une bande passante limitée bien en deçà de la première fréquence propre de l'archet. Pour franchir cette limitation, notamment pour les trains à grande vitesse, et pour la détection de défaut par analyse de la signature vibratoire, une nouvelle méthodologie, basée sur la prise en compte des modes propres de l'archet, est proposée. Vibratec développe depuis plusieurs années des méthodes inverses [6,7] pour remonter aux efforts injectés à partir des vibrations mesurées. L'originalité du contact pantographe caténaire réside dans le fait que la position du point de contact est une inconnue du problème. La méthode inverse utilisée est basée sur l'analyse modale des premiers modes de l'archet. L'écriture de l'équilibre dynamique de l'archet permet d'aboutir à un système d'équations dont la résolution donne le module de l'effort et son point d'application. Les résultats obtenus sur un dispositif expérimental de validation, à partir d'une base modale limitée aux 3 premiers modes de l'archet, montrent un gain important sur la bande utile de la mesure, qui passe de 45 Hz à 120 Hz. Par la suite, la bande passante pourra encore être étendue en considérant davantage de modes de déformation de l'archet. Un utilitaire a été développé sous Matlab pour la mise en œuvre de la méthode à partir de données expérimentales.

Abstract

The catenary pantograph contact force is an essential element for railway electric power supply. SNCF needs to know this effort for new trains and networks design but also for catenary defaults detection. The current used measurement technique is based on a stiff bow assumption, which restricts the frequency band validity under the bow first natural frequency. This limitation must be overtaken for high speed and defaults detection; therefore, an inverse method, based on a bow modal analysis, is applied. Vibratec has a large background in inverse methods development and application [6,7] but the catenary pantograph specificity is that the contact location on the bow is unknown. The bow dynamic equilibrium equations allow to compute the level and the location of the contact force. The experimental results, obtained from a dedicated test bench, show a large increase of the useful frequency band, which moves from 45 Hz to 120 Hz. In the future, this band could be enlarge by using additional bow deformation modes. A Matlab application is achieved for post-processing the measured data and calculating the contact force.