In Nord Americail trasporto merci per ferrovia ha un grande sviluppo. La topografia e le condizioni ambientali variano considerevolmente e questo fatto ha un enorme impatto sull’usura dei componenti dei carri merci. Sul materiale rotabile viene eseguita una manutenzione di tipo proattivo, le cui specifiche tecniche sono sotto il controllo dell’Association of American Railroads (AAR).

In questo contesto la principale attività è la manutenzione dei cuscinetti, che deve ottemperare a precise norme di sicurezza. I parametri considerati accettabili devono essere conformi all’AAR Manual of Recommended Standards and Practices, Section H – part II.

Nei primi anni ‘80 la pratica di ricondizionare e ricostruire le unità a rulli conici (le TBU) è stata largamente adottata in tutte le industrie ferroviarie del Nord America, anche se oggi molte di queste attività sono affidate all’esterno presso organismi approvati dall’AAR, quali la SKF Railways North America. Nel suo stabilimento di Elizabethtown, nel Kentucky, la SKF ricostruisce e ricondiziona sia le proprie unità cuscinetto sia quelle della concorrenza. I particolari circa queste lavorazioni sono riportati nel numero 2/2002 di Evolution.

Lo sviluppo di una gabbia in polimero per le TBU ha avuto inizio alla SKF nel 1982, con prove di laboratorio presso l’SKF Engineering Research Centre (ERC), in Olanda.

La prima esperienza sul campo di questa gabbia è stata invece fatta nel 1989 in Germania su cuscinetti a rulli cilindrici di carri merci della Deutsche Bahn. Le prove di laboratorio e sul campo hanno integrato il lavoro teorico di ottimizzazione. Per sfruttare i vantaggi delle gabbie in polimero per quanto riguarda sia la maggiore durata e la maggiore affidabilità sia il fatto che esse sono ormai accettate dalle principali società ferroviarie e dai fornitori di materiale rotabile, la SKF ha ora deciso di impiegarle di serie sui cuscinetti dei fuselli degli assili.

La prime TBUmunite di gabbie in polimero sono state fornite nel 1990, acquisendo notevoli esperienze su:

• treni ad alta velocità in Europa, Cina, Giappone e Taiwan
• molti tipi di carrozze passeggeri delle ferrovie europee e cinesi e molti tipi di treni pendolari in tutto il mondo
• vagoni merci in Europa e Cina
• vagoni merci per lunghe distanze in Australia, Nord e SudAmerica
• speciali carri merci con ruote di diametro ridotto, per il trasporto su rotaia di autocarri attraverso le Alpi in Europa.

Oggi tutto il nuovo materialerotabile tedesco, treni ICE ad alta velocità, locomotive, carrozze passeggeri, unità multiple e carri merci hanno di serie unità con gabbie in polimero. Inoltre altre importanti società ferroviarie europee usano i cuscinetti dello stesso disegno con eccellenti risultati. Particolari in proposito sono stati descritti sul numero 4/1998 di Evolution.

Elenchiamo alcuni vantaggi per i clienti:

• il polimero è un materiale resiliente, diversamente dall’acciaio, che è tenero, malleabile e può causare pitting, erosioni e ruggine di contatto nel cuscinetto;
• gli alveoli scanalati riducono lo slittamento dei rulli e migliorano la distribuzione del grasso all’interno del cuscinetto;
• il polimero ha un coefficiente d’attrito inferiore a quello dell’acciaio, cosa che comporta minori temperature di lavoro, minore momento d’attrito, minore usura e minore affaticamento dei componenti e del lubrificante;
• il polimero è autolubrificante e permette al cuscinetto di non distruggersi subito nel caso manchi la lubrificazione. Ciò serve a prevenire il bloccaggio dei cuscinetti, surriscaldamenti e deragliamenti.

Maggiore sicurezzae migliori prestazioni sono cose importanti da considerare. A volte ci si chiede quanto tempo si ha a disposizione per scoprire se un cuscinetto scalda. Dipende molto dal tipo e dalla forma della gabbia. Per valutare questo, si può fare un prova interrompendo la lubrificazione e misurando il tempo che passa prima che il cuscinetto si rompa. Un cuscinetto con una gabbia in acciaio può funzionare senza lubrificazione solo per breve tempo, dopo di che comincia a surriscaldarsi e poi si blocca.

Un cuscinetto con la gabbia in polimero può funzionare nelle stesse condizioni molto più a lungo. Dopo un certo periodo la temperatura aumenta e i tenoni della gabbia fondono e vanno a spalmarsi sui corpi volventi, creando una sorta di lubrificazione di emergenza. Anche in queste condizioni molto severe il cuscinetto può funzionare per parecchie ore come un tipo a pieno riempimento senza bloccarsi. Quando si esamina la distribuzione della temperatura negli alloggiamenti con il metodo di analisi agli infrarossi, si può constatare come i cuscinetti con gabbia in polimero concedano molto più tempo per prendere provvedimenti.

Il grafico illustra il risultatodi un test di confronto fra due cuscinetti, uno con gabbia in acciaio e l’altro con gabbia in polimero, in una situazione di insufficiente lubrificazione, eseguito presso l’SKF Railway Test Centre. Entrambi i cuscinetti erano stati montati su un banco dal quale, dopo un periodo iniziale di rodaggio, era stata tolta la lubrificazione. La temperatura del cuscinetto con gabbia in acciaio aumentò sensibilmente e il cuscinetto si ruppe dopo 70 km. Quella dell’altro arrivò ad un livello ancora accettabile, consentendo al cuscinetto stesso di funzionare per 500 km, dopo di che la prova venne sospesa.

La gabbia SKF in polimero è standard per tutti i tipi di cuscinetti per i fuselli degli assili di treni ad alta velocità, locomotive, carrozze, carri merci e treni pendolari.

La nuova gabbia SKF UPC (Universal Polymer Cage) sostituisce le tradizionali gabbie in acciaio in tutte le unità a rulli conici. I suoi vantaggi non riguardano solo la sicurezza: essa conferisce ai cuscinetti maggiori durate di esercizio, migliori prestazioni e maggiore affidabilità. I buoni risultati pratici ottenuti nelle ferrovie nordamericane hanno portato all’approvazione condizionata dal parte dell’AAR all’adozione delle gabbie UPC nei lavori di ripristino e miglioramento eseguiti dalla SKF sulle unità cuscinetto esistenti, fabbricate da tutte le principali case di cuscinetti del mercato americano.