Per le applicazioni ferroviarie la SKF ha realizzato una nuova generazione di unità cuscinetto che offrono minori costi globali di esercizio e intervalli di manutenzione più lunghi. Le prove di laboratorio e sul campo ne confermano la rispondenza alle aspettative.

 

Nella progettazione dei cuscinetti delle boccole ferroviarie, sicurezza e affidabilità sono fattori primari da tenere in considerazione, come lo è del resto la forma costruttiva, se si vogliono limitare i costi globali di esercizio. Oggi molti tipi di veicoli ferroviari impiegano le unità a rulli conici TBU (Tapered Roller Bearing Unit), pronte per l’installazione, in quanto cuscinetti completi di tenute per il grasso, prelubrificate e pre-registrate. La nuova unità compatta Compact Tapered Roller bearing Unit (CTBU) è costituita da un minor numero di parti, permette di risparmiare peso e spazio e consente semplificazioni di progetto, ad esempio la riduzione della lunghezza del fusello e quindi delle inflessioni dell’assile.

La SKF è costantemente impegnata a realizzare nuovi prodotti capaci di soddisfare i requisiti dei clienti in termini di maggiore capacità di carico. Oltre ad offrire maggiore sicurezza e affidabilità, la nuova CTBU presenta minori esigenze di manutenzione, con conseguenti minori costi di esercizio, e sfrutta tecnologie avanzate che consentono agli operatori di intervenire tempestivamente in caso di condizioni di funzionamento anomale.

Il tipo tradizionale di TBU è stato standardizzato dall’Association of American Railroads (AAR) e per esso la SKF ha ricevuto la piena approvazione sin dal 1977. Scopo dell’introduzione dei cuscinetti a rulli era stato quello di sostituire le bronzine, le quali richiedevano un assile relativamente lungo e quindi facile ad inflettersi, rendendo inevitabile l’usura di molte parti, specialmente delle superfici di contatto con le guarnizioni di tenuta. Le particelle originatesi da tale usura tendono a penetrare nelle bronzine, riducendone la durata. Le TBU tradizionali prevedono anelli di tenuta in gomma che strisciano su speciali anelli di usura e sono adatte specialmente nelle applicazioni esposte direttamente alle influenze dell’ambiente.

Sul mercato europeo, si usano prevalentemente TBU alloggiate in boccole. Dato che il coperchio anteriore protegge bene il cuscinetto, si può usare una tenuta a labirinto, che presenta un basso attrito. Per soddisfare le varie esigenze sono state realizzate diverse varianti con dimensioni metriche, le quali consentono di avere un fusello di lunghezza minore rispetto a quella prevista dalla AAR, anche se, in certe applicazioni, fenomeni di usura possono ancora ridurre la durata di esercizio.

Forma costruttiva delle CTBU
Nuove protezioni in gomma, a basso attrito: grazie al ridotto ingombro, non sono più necessari distanziali supplementari o anelli di usura ed è quindi possibile risparmiare spazio e rendere minime in molti casi le inflessioni dell’assile. Esse sono costituite da una tenuta a labirinto, un labbro ed elementi centrifugatori: la migliore protezione contro le sostanze estranee gioca a favore di maggiori durate di esercizio. Rispetto a quella di un tradizio­nale anello di tenuta, la coppia d’attrito è ridotta del 75 % e di conseguenza si riduce di 20 °C la temperatura di funzionamento, il che contribuisce a prolungare la durata del grasso e a far risparmia­re energia. Le prove condotte dalla SKF in condizioni severe di esercizio per valutare l’efficacia contro acqua e polvere, hanno confermato l’efficacia in tal senso. Le nuove protezioni hanno anche superato tutte le prove di approvazione AAR.

Distanziale in polimero: fra le superfici dell’anello di appoggio e della facciata del cono, se entrambe metalliche, tende a formarsi ruggine di contatto per effetto delle inflessioni del fusello; questo fenomeno non solo fa sì che particelle estranee penetrino nel cuscinetto, ma fa anche aumentare il gioco assiale di quest’ultimo, con conseguente diminuzione di prestazioni ed affidabilità. Si è quindi trovato il modo di evitare gli inconvenienti interponendo tra le superfici un distanziale in polimero. Dopo lunghe prove, in alcuni casi equivalenti a percorrenze di 800.000 chilometri, non si sono mai rilevate tracce di ruggine di contatto.

Nuovo grasso di lunga durata: per le varie applicazioni delle CTBU è stato studiato un grasso polivalente di lunga durata, in grado di operare in presenza di alte velocità e carichi elevati. Il nuovo grasso ha superato tutte le prove di tipo chimico, meccanico e tribologico prescritte dalla norma europea EN 12081. Sui banchi prova per materiale ferroviario della SKF si stanno eseguendo prove di durata e di simulazione dinamica per confermare la prevista elevata stabilità meccanica e le resistenza alla corrosione di tale grasso, il quale sarà in grado di estendere gli intervalli di manutenzione e di revisione completa.

Gabbia in poliammide: la SKF aveva cominciato sin dal 1990 a introdurre nelle TBU gabbie in polimero ed oggi ha una vasta esperienza in varie applicazioni, tra cui i carri merci in esercizio in Europa e Cina. Gabbie di questo tipo sono utilizzate con successo anche in diversi treni pendolari, elettrotreni, carrozze passeggeri e treni ad alta velocità. I vantaggi principali sono attrito, slittamento dei rulli, usura e temperatura di funzionamento minori e un maggior livello di sicurezza. Anche in condizioni di emergenza, le unità su cui sono montate difficilmente si bloccano. Per le CTBU, le caratteristiche delle gabbie in polimero sono state ulteriormente affinate per soddisfare le rigorose esigenze di spazio.

Esecuzione compatta: il ridotto ingombro consente di ridurre la lunghezza del fusello e quindi l’inflessione dell’assile, tollerando maggiori carichi.

Un elevato grado di affidabilità e prestazioni del materiale rotabile presuppone rigorose procedure di prova. Le principali attrezzature di prova del Railway Test Centre (RTC) del Gruppo SKF si trovano presso il Research and Development Centre SKF in Olanda. Le prove di durata e di diverso tipo sono eseguite in conformità con le varie specifiche, quali quelle della nuova norma europea EN 12 082 e quelle AAR. Sulla base dei risultati di prove con percorrenze di oltre 750.000 km, l’unità compatta di classe K 6½” x 9” ha ottenuto l’approvazione tecnica («conditional approval») AAR.

Oltre che essere sottoposte ai metodi di prova quasi statici, le unità compatte a rulli conici sono state ulteriormente soggette a condizioni di lavoro realistiche, utilizzando un sofisticato banco prova SKF denominato THISBE (Test Rig for High Speed Train Bearings), che è in grado di simulare le condizioni di lavoro di tipo dinamico. Cuscinetto e boccola sono montati su un vero e proprio carrello ferroviario, munito di sospensioni e dispositivi di smorzamento. Il banco è controllato da un computer che utilizza i segnali ottenuti dalla registrazione e dall’analisi dei carichi, delle accelerazioni e degli spostamenti effettivamente presenti sulle boccole in esercizio.

Un ulteriore obiettivo del progetto è stato lo sviluppo di una gamma di prodotti atta a soddisfare sia le esigenze dei costruttori sia quelle del mercato del ricambio, anche con CTBU speciali. La larghezza delle CTBU è la stessa delle TBU standard: occorrono solo piccole modifiche dell’anello d’appoggio e del coperchio anteriore.

Quasi subito dopo l’introduzione sul mercato molti importanti costruttori e compagnie ferroviarie hanno mostrato interesse alla soluzione offerta dalle CTBU.

• La nuova generazione modulare di treni Desiro della Siemens, destinata al servizio sulle lunghe distanze e al traffico suburbano e dei pendolari, monta le unità CTBU 130 x 230.
• Per i treni pendolari britannici che operano ad una velocità massima di 160 km/h con un carico di 18 tonnellate per asse, la Siemens Desiro impiega boccole molto sofisticate progettate dalla SKF.
• Un’altra applicazione europea sono i treni suburbani portoghesi CP 2000, anche questi muniti delle CTBU 130 x 230.
• Per i carri merci europei, sono in uso presso molte ferrovie le CTBU 130 x 240. In Europa il carico standard dei nuovi carri merci va sempre più verso le 25 tonnellate per asse, con velocità massime di 120 km/h.
• La CTBU classe K 6½” x 9” ha ottenuto l’approvazione tecnica AAR ed è ad esempio impiegata dalla Southern Company Coal Service. Finora sono state raggiunte percorrenze medie di 500.000 km. Il carico per asse è di 31,2 tonnellate e la velocità di 120 km/h.

In totale sono state fornite più di 10.000 CTBU in tutto il mondo.

In Australia le CTBU classe G sono in prova presso carri sperimentali Bradken per il trasporto del minerale di ferro presso il Robe River, in esercizio da Pannawonica verso la costa occidentale australiana a Capo Lambert. Le CTBU sono state ispezionate dopo essere state in esercizio per circa tre anni dal gennaio del 2000 al febbraio del 2003 e avere percorso 570.000 km. I cuscinetti sono risultati in eccellenti condizioni, senza segni di ruggine di contatto tra l’anello di appoggio e la facciata del cono.

L’applicazione sui banchi prova dei parametri operativi dei treni merci e passeggeri confermano le attese delle nuove CTBU, che vengono costruite in diverse dimensioni, metriche e in pollici, per tenere conto dei diversi carichi per asse. Oggi in Europa, Nord America e Australia ci sono molti treni merci e passeggeri con boccole equipaggiate con le CTBU.