Da molti anni nell’industria ferroviaria si punta ad aumentare i carichi e le velocità. Oggi in Europa la maggior parte dei carri merci viene costruita per sopportare 25 tonnellate per asse. La SKF ha sviluppato la nuova boccola Y25, munita delle unità compatte a rulli conici, in grado di offrire minori costi di esercizio (grazie a maggiori intervalli di manutenzione), interventi di manutenzione semplificati e miglioramenti in termini di prestazioni e sicurezza.

In Europa il trafficoferroviario è in un periodo di trasformazione, in quanto si ha la necessità di trasportare le merci su rotaia anziché sulle autostrade superaffollate. Il processo in corso è lungo e si accompagna ad una maggiore sensibilità ambientale. Per far acquisire maggiori quote al trasporto su rotaia è necessario migliorare il servizio con una maggiore flessibilità nella logistica e con soluzioni tecniche personalizzate per il materiale rotabile. I nuovi operatori offrono vari servizi, specialmente con treni navetta che operano con blocchi fissi, senza operazioni di aggancio e sgancio di singoli carri che portano via tempo. Vengono allestiti speciali carri merci per soddisfare singole necessità, ad esempio per aumentare il carico pagante, facilitare le procedure di carico o migliorare la protezione del carico. Oltre ai carri container vengono progettati speciali veicoli per trasportare i TIR e i rimorchi, utilizzabili su strada e su rotaia.

Nel trasporto merci occorrono soluzioni tecniche ed economiche che portino a bassi costi di esercizio. Di conseguenza bisogna elaborare soluzioni di cuscinetti e di boccole con esigenze di manutenzione ridotte o addirittura nulle. I cuscinetti delle boccole devono reggere carri a pieno carico e operare nelle condizioni climatiche più difficili. Anche se si impiegano locomotive molto potenti, l’attrito provocato dalle boccole deve essere il minore possibile per limitare i consumi di energia.

A secondadel carico, le ferrovie europee usano carri merci a due e quattro assi. In molti casi i carri sono equipaggiati con due carrelli tipo Y25. In genere le intelaiature sono fabbricate con tecniche che utilizzano la saldatura o la fusione. Da più di tre decenni il carrello Y25 viene normalmente adottato anche da alcuni operatori asiatici. Nella sua forma costruttiva più recente è munito di boccole guidate da speciali piastre di usura e si appoggia su molle elicoidali in acciaio disposte ad entrambi i lati della boccola.

In passato si usavano boccole di molti tipi, atte al montaggio di cuscinetti orientabili a rulli, a rulli cilindrici o a rulli conici. Questi cuscinetti, di esecuzione aperta, devono essere opportunamente protetti per evitarne la contaminazione e le perdite di grasso. Dal lato ruota, le boccole devono essere munite di tenute. Dal lato opposto si deve sistemare un coperchio munito di molte viti per fissarlo al corpo boccola. Si tratta di una soluzione relativamente complessa, le cui prestazioni sono condizionate da un corretto montaggio. I cuscinetti devono essere ingrassati e installati manualmente in un locale molto pulito.

La SKF ha realizzato una boccola completamente nuova, cosa resa possibile con l’adozione della SKF Compact TBU. La nuova boccola è applicabile ai carrelli esistenti in quanto sfrutta la stessa interfaccia con il corpo del carrello e le molle elicoidali.

La chiave per ridurre i costi di esercizio è nella forma costruttiva. L’esecuzione compatta della TBU offre l’opportunità di prolungare gli intervalli di manutenzione e di migliorare prestazioni e sicurezza.

L’unità è costituita da un numero limitato di parti e offre la possibilità di ridurre i pesi e di risparmiare spazio, oltre a semplificazioni di disegno. La forma costruttiva della nuova unità SKF per i carrelli Y25 deriva dalla nuova CTBU 130 x 240, un’unità che soddisfa i requisiti della norma europea EN 12 080, riguardante i materiali e la qualità, e della norma EN 12 081 concernente la lubrificazione a grasso dei cuscinetti. La CTBU 130 x 240 ha inoltre superato i requisiti di durata imposti dalla norma EN 12 082: infatti i metodi di prova SKF sono molto più restrittivi delle reali condizioni di lavoro sul campo (vedere Evolution 3/1997)

Rispetto all’esecuzione precedente per i carrelli Y25, i principali vantaggi delle TBU compatte sono i seguenti:

• grazie all’esecuzione compatta, è possibile avere assili più corti per i nuovi carrelli e ridurre sia l’inflessione dell’albero in corrispondenza del cuscinetto sia le masse non sospese;
• con l’utilizzo di gabbie in poliammide anziché nel tradizionale acciaio, migliorano la sicurezza e le prestazioni, in quanto si ha minore usura e minore contaminazione del grasso;
• con l’impiego di un distanziale in polimero, si evita la ruggine di contatto nell’interfaccia tra l’anello interno e l’anello di appoggio;
• con l’introduzione di una tenuta a basso attrito di nuova concezione, che striscia sullo spalleggiamento dell’anello interno, risulta migliorata la protezione contro la contaminazione;
• il grasso impiegato è di tipo long-life;
• il montaggio è semplificato e più agevole.

La delicata operazione di lubrificazione dei cuscinetti senza tenute incorporate precedentemente usati si esegue nell’officina del costruttore delle ruote o nelle officine di riparazione, facendo attenzione che la quantità di grasso e la sua distribuzione siano corretti. Nel caso delle unità prelubrificate e con le tenute incorporate, quali le CTBU, tale operazione si effettua in fase di produzione delle unità stesse, quando si possono adottare tutti gli accorgimenti necessari per assicurare l’affidabilità.

La SKF hacompletamente ridisegnato i corpi boccola Y25 per semplificare il montaggio, prolungare gli intervalli di manutenzione e quindi offrire minori costi di esercizio. Il principio costruttivo delle CTBU non richiede più che il corpo boccola abbia il tradizionale foro circolare, un sistema di tenute integrato e un coperchio anteriore. Ciò contribuisce a semplificare il disegno del corpo boccola stesso con la riduzione del numero delle parti e del peso.

Il lavoro di ricercae sviluppo è iniziato con una revisione completa del disegno delle boccole Y25 esistenti. Per ridurre i pesi e il numero delle lavorazioni furono eseguiti numerosi calcoli con il metodo FEM. Per ridurre la massa del corpo boccola senza aumentare le sollecitazioni meccaniche, nella parte inferiore sono state inserite due speciali aperture più grandi. Prima di passare alle prove nelle reali condizioni di lavoro sono state eseguite prove di fatica.

Il corpo boccola monoblocco trasmette il carico radiale direttamente all’unità cuscinetto attraverso la parte superiore. Le forze assiali sono trasmesse in entrambi i sensi tramite gli spalleggiamenti integrali del corpo stesso.

Attraverso la parte inferiore del corpo boccola non viene trasmesso alcun carico. La SKF ha sfruttato questa circostanza non lavorando questa zona e creando uno spazio sufficientemente grande per poter inserire l’unità cuscinetto tra gli spalleggiamenti della parte superiore.

Quando in officina si maneggiano le ruote, per evitare che il cuscinetto si sposti rispetto agli spalleggiamenti superiori del corpo boccola, viene avvitato inferiormente uno speciale cuneo di bloccaggio, che riempie la luce radiale esistente rispetto all’anello esterno del cuscinetto.

Le CTBU sono bloccate assialmente sull’assile mediante una piastra di nuovo disegno, che protegge le tenute dalla contaminazione e da altri tipi di danneggiamento.

I principali vantaggidelle nuove boccole SKF Y25 sono i seguenti:

• risparmio di peso di circa 20 kg per boccola o di 160 kg per un carro a quattro assi rispetto alle esecuzioni precedenti; in tal modo si riduce di circa il 4 % la massa non sospesa del gruppo ruote, il che contribuisce a migliorare le prestazioni di marcia e a ridurre l’usura delle ruote e delle rotaie;
• semplificazione dell’assemblaggio delle boccole, grazie al minor numero di componenti sia del corpo boccola sia dell’unità cuscinetto;
• montaggio, smontaggio e manutenzione più semplici e agevoli;
• minori costi di esercizio grazie agli intervalli di manutenzione più lunghi;
• maggiore sicurezza e prestazioni migliori.

Applicazioni

Nelle applicazioni sui veicoli passeggeri e merci l’esperienza sul campo di questa soluzione è stata del tutto positiva (vedere Evolution 3/2004).

Per la nuova boccola Y25 la SKF ha ricevuto diversi ordini da parte di compagnie ferroviarie e di costruttori di carri. L’ordine più importante è quello relativo a 14.000 boccole e CTBU per carri merci di nuova generazione della Ahaus Alstätter Eisenbahn AG (AAE). L’AAE è leader europeo nel nolo di carri merci standard per il trasporto combinato e tradizionale. L’ordine comprende un pacchetto di servizi di ispezione e revisione dei cuscinetti. E’ previsto che le nuove boccole diventino lo standard per i carri merci AAE.