Sydney non è solo la più grande città australiana, ma una delle aree urbane a più rapido sviluppo del paese. La sua rete ferroviaria, lunga 800 chilometri, è cruciale per la mobilità dei suoi cinque milioni di abitanti. Le otto linee principali, che totalizzano circa 400 milioni di viaggi all’anno, sono gestite dall’agenzia governativa Sydney Trains.

La manutenzione della maggior parte del materiale rotabile della rete passeggeri di Sydney è gestita dalla società di ingegneria Downer Rail & Transit Systems, una divisione del centocinquantenne Gruppo Downer. Nel cuore geografico della città si trova l’imponente centro di Auburn, dove viene eseguita la manutenzione dei treni Waratah Set A di proprietà di Sydney Trains, nonché di quelli di proprietà altrui.

“Curiamo la manutenzione di ogni componente, dalle ruote alle boccole, dai motori di trazione ai carrelli fino agli interni ed esterni delle carrozze, compresi le porte e i pantografi sull’imperiale”, racconta Frank Lukacevic, ingegnere meccanico senior di Downer.

Manutenzione basata sul tempo e sulla distanza

Come la maggior parte degli operatori ferroviari del mondo, Downer ha strutturato i propri programmi di manutenzione su modelli basati sul tempo e sulla distanza. I componenti vengono sostituiti quando si avvicinano al termine della durata utile raccomandata dal costruttore. L’incremento tendenziale del trasporto ferroviario passeggeri ha tuttavia spinto sia Downer sia i proprietari del materiale rotabile ad aumentare i tempi di attività e disponibilità.

È con questo obiettivo che Lukacevic e Christian Douglas, asset strategy manager di Downer, sono stati incaricati di individuare nuovi modi per ridurre i fermi e prolungare in modo sicuro l’uso dei componenti. Interessati in particolare ai potenziali benefici del monitoraggio basato sulle condizioni, i due tecnici si sono chiesti se monitorare i componenti in tempo reale avrebbe contribuito a ridurre le sostituzioni premature dei componenti, nonché i costi e le esigenze di manutenzione, senza compromettere la sicurezza.

Prove sui sistemi di condition monitoring

Da qui il naturale interesse per i due sistemi di condition monitoring, già peraltro impiegati con successo da altri operatori ferroviari nel mondo, che SKF ha presentato a Downer nel 2020, e la volontà di sperimentarne la tecnologia.

Lokesh Jain, business development manager di SKF Railway, spiega che il primo, l’SKF Insight Rail, è un sistema wireless indipendente, concepito per il monitoraggio dei cuscinetti dei carrelli dei treni per trasporto passeggeri. Montato sulla boccola della ruota, acquisisce i dati di vibrazione e temperatura e invia gli aggiornamenti a un’interfaccia utente tramite connettività a dispositivi mobili.

L’SKF IMx Rail, invece, è un sistema multicanale più sofisticato, che monitora le condizioni di un’ampia gamma di componenti, quali cuscinetti delle sale montate, ruote, riduttori e motori di trazione. I dati rilevati vengono inviati di continuo al cloud SKF e analizzati dagli esperti del centro di diagnostica remoto, i quali inviano avvisi ai clienti, che possono visualizzare i dati chiave attraverso un’interfaccia di facile impiego.

Per la sperimentazione di Downer, l’IMx Rail è stato montato su due carrelli di un treno Sydney Waratah Set A. Oltre a fornire dati sugli otto cuscinetti all’interno, ha raccolto e trasmesso informazioni complete sulle condizioni dei due motori di trazione e dei riduttori.
Più semplice, l’SKF Insight Rail è stato montato sulle boccole di un treno da otto vagoni per monitorare ciascuno dei cuscinetti delle 64 ruote. Altre 32 unità sono state montate per monitorare i cuscinetti delle ruote di un treno da quattro vagoni separato.

Douglas sostiene che, per Downer, i due sistemi sarebbero serviti a soddisfare obiettivi differenti. In particolare, lui e Lukacevic intendevano valutare l’idoneità di SKF Insight come potenziale sistema di condition monitoring esteso a tutta la flotta, mentre contavano di impiegare l’IMx Rail per acquisire dati di base sui componenti dei carrelli da utilizzare in studi con partner di ricerca. Nel lungo termine, questi dati avrebbero convalidato la scelta di estendere il condition monitoring a tutta la flotta.

Grande quantità di dati

Dopo oltre un anno di prove, i due sistemi hanno dato risultati incoraggianti.

Il team di Downer è rimasto favorevolmente colpito dalla qualità dei dati forniti, in particolare dal sistema IMx, il quale ha notevolmente ampliato la loro conoscenza riguardo all’invecchiamento e al deterioramento dei componenti.

“Sono stati installati sistemi acustici lungo i binari per monitorare i cuscinetti delle ruote, ma prima eravamo del tutto ignari di ciò che accadeva ai motori di trazione e ai riduttori”, commenta Lukacevic. “Con l’IMx Rail, la situazione è cambiata e siamo riusciti effettivamente a rilevare alcuni difetti di ingranamento dei riduttori e a monitorarne l’evoluzione nel tempo. Sapere che il deterioramento evolve molto lentamente ci permette di affermare con tranquillità che il sistema d’ingranaggi può ancora funzionare per un po’ prima di prendere provvedimenti”.

Rilevamento degli urti sui binari

Oltre all’alta qualità di acquisizione e analisi dei dati, per Downer un altro notevole vantaggio dell’IMx Rail è la sua capacità di rilevare gli urti. Poiché acquisisce e trasmette dati di continuo, il sistema è anche in grado di localizzare eventuali danneggiamenti lungo i binari.

“Ovunque vada [il treno] possiamo mappare la rete e identificare i punti con elevati livelli di vibrazione, cosa che prima non eravamo mai stati in grado di fare”, dice Douglas. “Questo ci permette di segnalare all’operatore della rete le nostre rilevazioni. Un bel punto per rafforzare la relazione e creare valore aggiunto”.

Prima eravamo del tutto ignari di ciò che accadeva ai motori di trazione e ai riduttori
Frank Lukacevic, ingegnere meccanico senior, Downer

Sfruttare al massimo le potenzialità del sistema Insight sulla rete di Sydney, invece, all’inizio non è stato così semplice. Come spiega il team di Downer, la breve distanza tra alcune stazioni non forniva al sistema, nella sua configurazione iniziale, sufficienti opportunità per acquisire e inviare dati rilevanti. Per rispondere a questa particolare sfida è stata migliorata la configurazione, ma la soluzione ha ridotto la durata della batteria.

SKF si è quindi posta all’ascolto delle difficoltà incontrate da Downer e continua a collaborare con gli ingegneri dell’azienda per adattare il sistema alle esigenze specifiche.

Rilevamento precoce dei guasti

Nonostante alcune difficoltà iniziali, ci sono stati anche successi incoraggianti. Come quando Insight ha rilevato il danneggiamento di un cuscinetto di una ruota quasi due settimane prima che fosse segnalato dai sensori lungo i binari.

Per Lukacevic il rilevamento precoce dei danneggiamenti è una funzionalità molto potente, che fa ben sperare per il futuro. “Sapere le cose in anticipo ci dà più tempo per pianificare la manutenzione e ci permette di intervenire senza influire su altre attività o fermare e rendere indisponibili i veicoli”.

Downer continua a lavorare a stretto contatto con SKF per collaudare i sistemi.

Futuro promettente

Pur essendo ancora all’inizio del percorso, Lukacevic e Douglas concordano nel dire che il condition monitoring è il futuro della manutenzione dei treni passeggeri.

“Per i benefici che comporta in termini di efficienza e competitività, il monitoraggio basato sulle condizioni è il futuro”, commenta Douglas. “Quando non si devono sostituire i componenti così spesso, si impiegano meno risorse ed energia elettrica e si risparmiano tempo e denaro”.

Nigel Herbert, business manager SKF per le ferrovie di Queensland, Nuovo Galles del Sud e Nuova Zelanda, elogia Downer per aver studiato le potenzialità dei sistemi di monitoraggio basati sulle condizioni.

“L’industria ferroviaria mondiale tende a essere piuttosto prudente, ma sistemi come SKF Insight e IMX Rail hanno dimostrato di poter aumentare notevolmente l’efficienza e abbassare i costi di manutenzione delle flotte ferroviarie”, dichiara. “Downer contribuisce ad aprire la strada a questa tecnologia in Australia e siamo fiduciosi che in molti godranno dei benefici che ha da offrire”.