Competenza ingegneristica

Il monitoraggio delle condizioni

Per gli operatori ferroviari, affidabilità e sicurezza sempre maggiori, oltre all’auspicata riduzione dei costi di manutenzione, sono una preoccupazione costante. Il monitoraggio delle condizioni è una tecnologia matura, in grado di offrire nuove opportunità all’industria ferroviaria, in quanto consente un approccio proattivo nell’intento di ottenere risparmi in denaro e soddisfare le esigenze di sicurezza.

Articoli correlati

Sintesi

La SKF ha realizzato un sistema di monitoraggio delle condizioni dei carrelli, frutto di una tecnologia tesa a sostenere l’industria ferroviaria nello sforzo continuo di aumentare l’affidabilità e la sicurezza e di ridurre i costi di manutenzione. Tale sistema sfrutta i dati forniti da sensori montati su organi molto importanti quali ruote, riduttori e assili ed è in grado di rilevare potenziali problemi sufficientemente presto per programmare al meglio la manutenzione. Il sistema di monitoraggio è stato studiato dalla SKF in modo da poter essere installato sia sui veicoli nuovi sia su quelli esistenti.

Per gli operatori ferroviari, affidabilità e sicurezza sempre maggiori, oltre all’auspicata riduzione dei costi di manutenzione, sono una preoccupazione costante. Il monitoraggio delle condizioni è una tecnologia matura, in grado di offrire nuove opportunità all’industria ferroviaria, in quanto consente un approccio proattivo nell’intento di ottenere risparmi in denaro e soddisfare le esigenze di sicurezza.

Tecnologia

Il sistema on-line SKF Multi­log IMx-R (fig. 1) è stato realizzato appositamente per le applicazioni ferroviarie e prevede l’impiego di diversi sensori modulari che controllano e trasmettono simultaneamente una varietà di dati sulle condizioni operative dei carrelli. Esso opera in abbinamento al software SKF @ptitude Observer nell’ambito di un sistema completo di monitoraggio delle condizioni meccaniche e di protezione.

Oltre a rilevare tempestivamente gli eventuali guasti, il sistema on-line SKF Multilog IMx-R genera automaticamente avvisi per la correzione di situazioni anomale in essere o prevedibili. Sempre automaticamente, il sistema fornisce anche avvertimenti o allarmi in funzione del carico o della velocità, innesca una serie di comunicazioni all’esterno o a bordo dei veicoli e permette l’elaborazione dei dati per una diagnosi automatica e l’analisi delle cause prime delle anomalie. Inoltre i dati acquisiti dal sistema possono essere utilizzati dai sistemi di programmazione della manutenzione per la gestione dei ricambi e degli ordini. Gli utenti finali possono anche avere accesso al sistema stesso e ai dati via web (fig. 2).

Vantaggi del monitoraggio delle condizioni
Un efficace monitoraggio delle condizioni offre diversi vantaggi che vanno dalla riduzione dei costi complessivi di manutenzione ai risparmi nei costi operativi; essi sono ottenibili grazie al rilevamento tempestivo delle anomalie, che consente l’ottimizzazione dei programmi di manutenzione, portando con sé una diminuzione delle esigenze complessive di manutenzione e del connesso costoso lavoro straordinario. Inoltre il monitoraggio delle condizioni offre una maggiore affidabilità dei veicoli e l’ottimizzazione della logistica dei ricambi.

Il sistema completo di monitoraggio prevede il controllo dei componenti principali dei carrelli ferroviari, quali ruote, cuscinetti delle boccole, riduttori e motori di trazione (fig. 3).

Monitoraggio del gruppo ruota
L’alloggiamento delle boccole può essere munito di un sistema di sensori multifunzione SKF Axletronic (fig. 4), il quale fornisce al sistema SKF Multilog IMx-R i dati operativi del gruppo ruota. Le informazioni si usano per monitorare le condizioni del gruppo ruota, compresi la presenza di spianature sulla ruota stessa o i suoi difetti di forma. I calcoli corrispondenti in tempo reale utilizzano anche i dati di velocità dell’assile.

Diversamente dai programmi di manutenzione arbitrari o basati su una tempistica, il sistema SKF Multilog IMx-R consente una manutenzione molto più economica del gruppo ruota, basata sul monitoraggio delle sue condizioni, ottimizzando la sua percorrenza senza compromettere affidabilità e sicurezza.

Monitoraggio dei cuscinetti delle boccole
Per decenni i cuscinetti delle boccole sono stati monitorati tramite sistemi stazionari di rilevamento temperatura e rumorosità, situati lungo i binari e capaci di evidenziare solo parti fortemente usurate o danneggiate. In presenza di anomalie in uno stadio avanzato, i treni vanno fermati per poter sostituire i vagoni difettosi. Il sistema SKF Multilog IMx-R rende queste costose fermate una cosa del passato.

I sensori di vibrazione montati nell’alloggiamento delle boccole, o integrati negli stessi cuscinetti, rilevano le frequenze dinamiche sia dei componenti di questi ultimi, quali rulli e piste dell’anello interno, sia quelle delle ruote dentate. Il sistema SKF Multilog IMx-R utilizza tali dati, insieme alle informazioni circa le specifiche geometrie dei cuscinetti e la velocità di rotazione dell’assile, per scoprire tempestivamente possibili problemi e così consentire una pianificazione più economica della manutenzione e ottimizzare i cicli di esercizio dei cuscinetti.

Monitoraggio del sistema di propulsione
I sensori di vibrazione del sistema SKF Multilog IMx-R possono monitorare i motori di trazione, i cuscinetti, le ruote dentate dei riduttori e gli alberi cardanici con i relativi giunti. Oltre alle frequenze di vibrazione, il sistema elabora velocità, carichi e rapporti di trasmissione per rilevare squilibri, disallineamenti, inflessioni degli alberi, parti allentate, cuscinetti o ingranaggi danneggiati e fenomeni di risonanza (fig. 5). Il controllo del livello, temperatura e condizioni dell’olio può essere incluso nel sistema o essere autonomo.

Applicazione sulla metropolitana di Barcellona
La vasta rete della metropolitana di Barcellona prevede linee sotterranee nel centro e linee in superficie nei dintorni, che dal 31 luglio 2010 sono sette, con 115 stazioni e 103 km di binari.

I Transportes Metropolitanos de Barcelona (TMB) decisero di dotare alcuni carrelli di diversi treni della serie 5000 (fig. 6) con un sistema di monitoraggio delle condizioni (fig. 7). Questi treni moderni hanno una velocità massima di 80 km/h e una potenza totale installata pari a 2.000 kW. La SKF contribuì con le sue competenze nell’ingegneria di monitoraggio delle condizioni dei carrelli e fornì tutto l’equipaggiamento necessario, hardware, software e sensori, sovrintendendo al montaggio e al successivo avviamento. Il pacchetto dei servizi forniti comprende il follow-up degli allarmi e il periodico resoconto sullo stato dei carrelli. La trasmissione dei dati avviene tramite un sistema UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

L’installazione del sistema sui carrelli consente il monitoraggio delle condizioni di tutti i sottogruppi: riduttore, motore di trazione, giunti e boccole, oltre che la registrazione delle interazioni tra ruote e rotaie, per lo sviluppo di un algoritmo di riconoscimento dello stato di salute dei binari.

Una particolare attenzione è stata dedicata al monitoraggio del motore di trazione (fig. 8) e del riduttore (fig. 9), per consentire il rilevamento dei seguenti parametri:

  • squilibrio
  • disallineamento
  • inflessione albero
  • parti allentate
  • danneggiamento cuscinetti
  • danneggiamento ruote dentate
  • fenomeni di risonanza.

I segnali provenienti da tutti i sensori installati sui carrelli vengono inviati all’unità di monitoraggio di bordo, che consente in modo continuativo la lettura e l’elaborazione dei dati. In presenza di una situazione di allarme, il sistema invia immediatamente un segnale; in condizioni normali i dati vengono invece trasmessi una volta al giorno a un server remoto, dove vengono immagazzinati e messi a disposizione degli esperti SKF, che in seguito li analizzeranno con il software SKF @ptitude Observer. Grazie a un’apposita applicazione SKF, la Transportes Metropolitanos de Barcelona ha sempre accesso via internet ai segnali provenienti dai carrelli.

Sui carrelli già equipaggiati con il sistema di monitoraggio online, la Transportes Metropolitanos de Barcelona avrà così la possibilità di pianificare le proprie operazioni di manutenzione, in funzione delle condizioni dei carrelli stessi. In breve, il sistema consentirà di:

  • ridurre i costi complessivi di manutenzione
  • ridurre i costi operativi, grazie al rilevamento tempestivo dei problemi, il quale consente l’ottimizzazione e la programmazione degli interventi al momento più opportuno
  • ridurre i tempi di inattività dei veicoli
  • ridurre il numero delle fermate per manutenzione
  • ridurre gli interventi straordinari per manutenzione
  • aumentare l’affidabilità dei veicoli
  • ottimizzare la logistica dei ricambi.

La tecnologia di monitoraggio delle condizioni realizzata dalla SKF è dunque di grande aiuto per l’industria ferroviaria. Essa soddisfa le esigenze di affidabilità e sicurezza sempre più rigorose, contribuendo a ottenere risparmi nei costi di manutenzione, grazie alla capacità di prevedere meglio le anomalie dei componenti più importanti in un momento in cui gli interventi possono essere ancora programmati in modo efficace.

@PTITUDE, AXLETRONIC e MULTILOG sono marchi registrati del Gruppo SKF.