Un concetto modulare è alla base dei nuovi motori che ABB produce per il settore ferroviario. Dal modulo standard alla versione personalizzata, in tempi molto più brevi rispetto alle esecuzioni tradizionali.

 

 

I motori di trazione impiegati nelle applicazioni ferroviarie svolgono un compito difficile. Oltre a operare in condizioni di esercizio severe, in presenza di cicli intermittenti, carichi variabili, condizioni climatiche estreme, polvere e sporcizia, essi devono garantire un funzionamento efficiente sotto il profilo energetico per almeno 40 anni.

La conseguente necessità di coniugare requisiti spesso divergenti tra loro ha spinto i costruttori di locomotive, unità multiple, tram, metropolitane e altro materiale rotabile a scegliere motori di trazione di esecuzione esclusiva.

L’ABB, che i motori di trazione li produce dal 1909, ha scelto di rompere con la tradizione. Peter Isberg, responsabile tecnico, ha detto in proposito: “Ci siamo resi conto che in questo mercato si può essere competitivi e crescere nello stesso tempo. Si trattava di portare la progettazione a un livello di standardizzazione e flessibilità ritenuto fino ad allora impossibile”.

La chiarezza del suo eloquio nel raccontare di questo ambizioso progetto infonde estrema fiducia circa le conoscenze tecnologiche sue e dei suoi colleghi. Ottenuto il benestare a procedere nel 2007, la questione era essenzialmente capire come soddisfare svariati requisiti con motori asincroni per trazione di tipo standard.

“Ogni carrello ferroviario ha una connotazione specifica e il motore di trazione ha una sede predefinita, che spetta ai fabbricanti di motori rispettare, soddisfacendo nel contempo anche gli altri requisiti”.

Isberg e il suo team hanno puntato allo sviluppo di un motore elettrico il più efficiente possibile in termini energetici. “L’obiettivo era quello di realizzare un motore compatto, capace di erogare molta potenza e buone doti di coppia, all’insegna dell’efficienza”, commenta Isberg.

Nei motori elettrici, a una maggiore potenza utilizzata corrisponde un minor rendimento a causa dell’innalzamento della temperatura nelle parti attive. La soluzione di aumentare le dimensioni del motore avrebbe compromesso l’obiettivo, quindi la scelta è stata ottimizzare l’esecuzione del progetto sotto il profilo elettrico.

Il comportamento termico del motore è fondamentale, in particolare quando questo è alimentato da un convertitore, il dispositivo che converte la corrente alternata o diretta in impulsi rettangolari a frequenza variabile, che permettono di controllare la resa del motore. Nel progettare il sistema convertitore-motore occorre tenere conto delle caratteristiche di funzionamento specifiche dell’applicazione ferroviaria. L’ABB dispone di un apposito software basato sul Metodo degli Elementi Finiti (FEM), il quale, impiegato insieme a quello per la progettazione termica, permette di prevedere con precisione la temperatura del motore in esercizio.

Il convertitore può anche generare tensione nel punto di connessione delle fasi all’interno della bobina del motore (tensione di modo comune), dando luogo a passaggi di corrente elettrica attraverso gli elementi del cuscinetto, un fenomeno che rappresenta un’ulteriore sfida di natura tecnica.

“È nostro compito informare i clienti sui rischi derivanti dai passaggi di corrente nei cuscinetti e suggerire le soluzioni migliori per ovviare al problema in sicurezza”, osserva il project manager Henrik Carlsson. “In questo caso, i cuscinetti ibridi hanno offerto la soluzione”.

I cuscinetti ibridi sono costituiti da anelli in acciaio, ma da corpi volventi in ceramica, i quali agiscono da isolanti e rendono praticamente impossibile che nelle normali condizioni di esercizio la corrente passi attraverso gli elementi del cuscinetto. Non ultimo, gli intervalli di lubrificazione sono decisamente più lunghi rispetto a quelli dei cuscinetti interamente in acciaio.

Per Carlsson, queste due caratteristiche sono bastate a motivare la scelta. Nonostante il costo iniziale maggiore, i cuscinetti ibridi offrono risparmi immediati, poiché il loro impiego permette di aumentare l’affidabilità e ridurre i tempi di fermo. La sede del motore di trazione è spesso all’interno del carrello, cosa che può complicare le operazioni di manutenzione, dato che per il suo smontaggio occorre prima separare la cassa dal telaio.

Nell’attraversare l’officina perfettamente ordinata, Carlsson intrattiene una breve e amichevole conversazione con un autotrasportatore. L’atmosfera è professionale e informale allo stesso tempo, ma non deve sorprendere che in questa struttura di dimensioni relativamente contenute, si producano ogni anno oltre 3.000 unità.

Fermi davanti a un motore di trazione montato per permettere di osservare la modularità e la scalabilità del sistema, osserviamo le varie posizioni della morsettiera, le disposizioni per i sensori e il raffreddamento e le staffe di fissaggio. Con un’unica esecuzione di base l’ABB è in grado di soddisfare molteplici requisiti.

“Sarà interessante vedere in funzione i primi treni equipaggiati con i motori della nuova piattaforma”, commenta Lars Fredrikson, che all’ABB si occupa di marketing e vendite.

La consegna è prevista nel 2011, in Venezuela, dove il costruttore spagnolo CAF/Trainelec equipaggerà con 1.100 motori modulari di trazione i treni della metropolitana di Caracas.

Fredrikson fa notare che, nonostante la nutrita e agguerrita concorrenza, l’affidabilità del progetto e la rapidità di esecuzione resa possibile dalla modularità del sistema, hanno determinato la scelta a loro favore.

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Tempi di esercizio più lunghi con i cuscinetti ibridi SKF

Nel realizzare il motore modulare di trazione, la ABB ha scelto la SKF per individuare la soluzione migliore per i cuscinetti.

Tra gli obiettivi principali del progetto, la riduzione dei tempi di fermo mediante l’eliminazione dei passaggi di corrente attraverso i cuscinetti e la riduzione dei costi di manutenzione mediante l’estensione degli intervalli di lubrificazione. Per beneficiare di prezzi più vantaggiosi derivanti dai maggiori volumi di vendita nel lungo termine, la ABB ha altresì puntato a ridurre l’assortimento di cuscinetti da impiegare.

L’intento di realizzare un sistema di cuscinetti flessibile ha portato le due aziende a scegliere i cuscinetti ibridi SKF, con i quali equipaggiare la gamma di motori di trazione.