Compétences en ingénierie

La maintenance conditionnelle appliquée à l’industrie ferroviaire

Pour les opérateurs ferroviaires, accroître la fiabilité et la sécurité fait partie des préoccupations constantes, auxquelles s’ajoute le souhait de réduire les coûts de maintenance. La maintenance conditionnelle est une technologie aboutie qui, par une approche proactive, permet de faire des économies et d’atteindre les objectifs de sécurité.

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Résumé

SKF a développé un système de maintenance conditionnelle des bogies à destination du secteur ferroviaire. Cette technologie répond au besoin de ce secteur d’améliorer continuellement la fiabilité et la sécurité des équipements et de réduire les coûts de maintenance. Le système de surveillance exploite les données provenant de capteurs installés sur des composants clés, comme les roues, boîtes de vitesses et essieux, afin de détecter les problèmes éventuels à un stade suffisamment précoce pour optimiser la planification des interventions de maintenance. Cette technologie de surveillance SKF a été conçue pour permettre une installation aussi bien sur des véhicules neufs que sur des véhicules déjà en service.

Pour les opérateurs ferroviaires, accroître la fiabilité et la sécurité fait partie des préoccupations constantes, auxquelles s’ajoute le souhait de réduire les coûts de maintenance. La maintenance conditionnelle est une technologie aboutie qui, par une approche proactive, permet de faire des économies et d’atteindre les objectifs de sécurité.

Technologie

Développé exclusivement pour des applications ferroviaires, le système SKF Multilog IMx-R (Fig. 1) intègre plusieurs capteurs modulaires pour la surveillance et la transmission simultanée d’une gamme complète de paramètres de fonctionnement relatifs aux bogies. Associé au logiciel SKF @ptitude Observer, il forme un système complet de maintenance conditionnelle pour la protection des machines.

Parallèlement à la détection précoce de défauts, il génère automatiquement des conseils pour corriger les états existants ou imminents. Il fournit automatiquement des avertissements et alarmes de charge et de vitesse qui déclenchent la communication à bord et à distance, et le traitement des données pour un diagnostic et une analyse automatisés des causes profondes. De plus, les données collectées par le système peuvent être utilisées pour faire le lien avec le système de maintenance pour la gestion du calendrier de maintenance, des pièces de rechange et des ordres de travail. L’utilisateur final accède aux données via Internet (Fig. 2).

Avantages de la maintenance conditionnelle
Une maintenance conditionnelle efficace offre à l’opérateur de nombreux avantages parmi lesquels une réduction des coûts totaux. Des économies sont en effet réalisées sur les coûts d’exploitation par le biais d’une détection précoce des défauts qui permet d’optimiser les plannings de maintenance. De plus, la maintenance conditionnelle accroît la fiabilité des véhicules et permet d’optimiser la logistique des pièces de rechange.

Dans la pratique, un système de surveillance complet englobe la surveillance d’une série d’équipements clés relatifs à un bogie comme les roues, les roulements de boîte d’essieu, la boîte de vitesses et le moteur de traction (Fig. 3).

Surveillance des essieux montés
Le palier d’essieu peut être équipé d’un système de capteurs multifonctions SKF Axletronic (Fig. 4). Ce système fournit au SKF Multilog IMx-R des données de fonctionnement relatives à l’essieu monté. Ces informations sont ensuite utilisées pour déterminer l’état de l’essieu monté, englobant les méplats et la forme des roues. Des calculs sont par ailleurs exécutés en temps réel à partir des données de vitesse de l’arbre.

Au lieu d’une maintenance basée sur des calendriers arbitraires, le SKF Multilog IMx-R permet de mettre en place une maintenance conditionnelle des roues beaucoup plus rentable, en optimisant les distances parcourues sans compromettre la sécurité ni la fiabilité.

Surveillance des roulements de boîtes d’essieux
Depuis des décennies, la surveillance des roulements de boîtes d’essieux s’effectue à l’aide de systèmes de détection au sol des températures et du bruit, capables de détecter uniquement une usure avancée ou des pièces endommagées. Lors de la détection d’anomalies à un stade avancé, les trains doivent être immobilisés pour permettre le remplacement des wagons défectueux. Grâce au SKF Multilog IMx-R, ces interruptions de service coûteuses appartiennent désormais au passé.

Des capteurs de vibrations fixés au palier de la boîte d’essieu ou intégrés au roulement de cette dernière détectent les fréquences dynamiques générées par les éléments du roulement, comme les rouleaux et les pistes des bagues intérieures, ainsi que les roues dentées. SKF Multilog IMx-R utilise ces données, associées à des informations sur la géométrie spécifique des roulements et la vitesse de l’arbre, pour identifier des anomalies sur les roulements à un stade très précoce, ce qui permet de planifier la maintenance de façon plus rentable et d’optimiser les cycles de vie.

Surveillance du système de propulsion
Des capteurs de vibrations de roulements SKF Multilog IMx-R peuvent être utilisés pour surveiller les moteurs de traction, roulements de boîtes d’engrenages, roues dentées, arbres à cardan et accouplements. Outre les fréquences de vibrations, le système traite des données relatives à la vitesse, la charge et les rapports de vitesse pour détecter un balourd, un défaut d’alignement, une flexion de l’arbre, des pièces desserrées, des roulements ou des roues d’engrenages endommagés et une résonance (Fig. 5). La surveillance de la température, du niveau et de l’état de l’huile de boîte de vitesses peut également être englobée au système ou gérée de façon autonome.

Application au métro de Barcelone
Le vaste réseau du métro de Barcelone est constitué de plusieurs lignes souterraines qui traversent le centre de la ville et de lignes aériennes desservant les banlieues. Au 31 juillet 2010, il comptait sept lignes, 115 stations et 103 km de voies.

Transportes Metropolitanos de Barcelona (TMB) a décidé d’équiper certains bogies (sur différents trains) des voitures du métro série 5000 (Fig. 6) avec un système de maintenance conditionnelle (Fig. 7). Ces trains ultramodernes peuvent atteindre une vitesse maximale de 80 km et représentent une puissance totale installée de 2 000 kW. SKF a apporté sa contribution en matière de maintenance conditionnelle de bogies et fourni l’ensemble des équipements, logiciels et capteurs requis. La supervision du montage du système et sa mise en service ont également été effectuées par SKF. Les prestations de services incluent le suivi des alarmes et des rapports réguliers sur l’état des bogies. La communication des données est assurée via la technologie UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).

Cette installation permet la surveillance de l’ensemble des sous-systèmes des bogies : boîte de vitesses, moteur de traction, accouplement, boîtes d’essieux, ainsi que l’enregistrement des interactions entre roues et rails pour permettre le développement d’algorithmes de reconnaissance de l’état des voies.

Dans cette application spécifique, une attention particulière est accordée à la surveillance du moteur de traction (Fig. 8) et de la boîte de vitesses (Fig. 9) en vue de la détection des paramètres suivants :

  • balourd ;
  • défaut d’alignement ;
  • flexion de l’arbre ;
  • pièces desserrées ;
  • avarie de roulements ;
  • avarie de roues dentées ;
  • résonance.

Les signaux émis par l’ensemble des capteurs de bogies installés sont transmis à l’unité de surveillance embarquée qui assure la lecture et le traitement des données en continu. Si une anomalie est détectée, le système émet immédiatement un signal ; dans les autres cas, les données sont transmises une fois par jour à un serveur accessible à distance sur lequel elles sont sto­ckées. Ces données sont destinées aux experts des services de maintenance conditionnelle SKF en vue de leur analyse ultérieure à l’aide du logiciel @ptitude Observer. TMB dispose d’un accès permanent aux signaux des bogies via Internet, grâce à une application SKF dédiée.

Ce système permettra à la régie de planifier ses opérations de maintenance pour les bogies équipés du système de surveillance en ligne en fonction de l’état de l’équipement. En résumé, ce système devrait :

  • réduire le coût total de maintenance ;
  • réduire les coûts d’exploitation grâce à une détection des problèmes à un stade extrêmement précoce permettant d’optimiser et de planifier les activités de maintenance au moment le plus opportun ;
  • réduire les immobilisations de véhicules ;
  • réduire le nombre d’interruptions de service pour maintenance des trains ;
  • réduire les interventions de maintenance supplémentaires ;
  • améliorer la fiabilité des véhicules ;
  • optimiser la logistique des pièces détachées. 

C’est ainsi que la technologie de maintenance conditionnelle mise au point par SKF soutient l’industrie ferroviaire. Elle répond aux exigences de fiabilité et de sécurité les plus strictes tout en permettant des économies sur les coûts de maintenance grâce à une meilleure prédiction des défaillances de composants clés à un stade extrêmement précoce pour une planification efficace des travaux correctifs.

@PTITUDE, AXLETRONIC et MULTILOG sont des marques déposées du Groupe SKF.