Nei moderni motori di trazione, affidabilità e lunghi intervalli di manutenzione sono essenziali. Per soddisfare le esigenze degli operatori di trasporti la SKF ha elaborato apposite unità cuscinetto.

Le condizioni di lavoro dei cuscinetti per i motori di trazione ferroviari sono assai diverse da quelle che normalmente si incontrano nei motori elettrici impiegati dalle altre industrie. La forma costruttiva è essenziale per ottenere bassi costi di esercizio e oggi si tende verso un maggiore impiego di unità pronte per l’uso, capaci di integrare funzioni aggiuntive, come è il caso delle unità cuscinetto con tenute incorporate e lubrificate a vita, sempre più diffuse nelle applicazioni ferroviarie. Le unità cuscinetto SKF TMBU per motori di trazione sono appunto di questo tipo, pronte per il montaggio e che si possono fissare direttamente allo scudo del motore tramite flangia.

IL PRINCIPIO DELLE TMBU
La SKF, con più di 85 anni di know-how nei cuscinetti per i motori di trazione, ha sempre dedicato molta attenzione all’affidabilità e all’economicità di esercizio. Con la sua esperienza nei settori dei cuscinetti di ogni tipo, dei servizi, delle tenute, dei sistemi di lubrificazione e della meccatronica, la SKF ha realizzato soluzioni originali e altamente affidabili, ne sono un esempio le unità cuscinetto munite di sensori e di tenute e prelubrificate, nelle versioni per le posizioni di vincolo e non.

Le unità cuscinetto SKF per i motori di trazione sono robuste, affidabili, leggere e compatte, ma sono anche in grado di operare in ambienti difficili, in presenza di forte contaminazione e umidità e di variazioni di velocità, temperatura, carico, vibrazioni e urti.

La TMBU offrono nuove opportunità in termini di ingombro, facilità di montaggio, più lunghi intervalli di manutenzione e migliori prestazioni. I danneggiamenti provocati dai passaggi di corrente si possono evitare sia con rivestimenti isolanti in ceramica sia con l’impiego di cuscinetti di tipo ibrido, muniti di corpi volventi in ceramica.

APPLICAZIONI SU TRAM A PIANALE RIBASSATO
Oggi sono molto diffusi i tram a pianale ribassato, che consentono un facile accesso ai passeggeri, ma a causa delle limitazioni di spazio, necessitano di motori di trazione e sistemi di azionamento speciali. La soluzione più recente (fig. 1) prevede un albero cavo e un albero cardanico integrato che comanda direttamente la ruota indipendente. A entrambi i lati dell’albero, per guadagnare spazio in senso assiale, s’impiega una TMBU ibrida. Un sensore assoluto di posizione integrato, con funzione supplementare di rilevamento della velocità, contribuisce ulteriormente a risparmiare spazio. Nella posizione non di vincolo assiale la TMBU è costituita da un cuscinetto a rulli cilindrici, mentre in quella di vincolo da un cuscinetto radiale a sfere.

Le TMBU sono unità prelubrificate, con tenute incorporate e munite di flangia per il montaggio nell’alloggiamento. Il grasso è di tipo speciale per lunghe durate, anche a temperature elevate. Le tenute sono a labirinto, senza contatti e quindi senza attrito.

Per conferire maggiore affidabilità, l’isolamento elettrico è realizzato impiegando cuscinetti con rivestimento INSOCOAT o di tipo ibrido con corpi volventi in ceramica.

Queste TMBU presentano un ridotto ingombro, specie in senso assiale. A parità di dimensioni del motore, offrono il vantaggio di permettere una maggiore potenza di trazione.

FORMA COSTRUTTIVA
Le TMBU per le posizioni di vincolo assiale sono costituite da un cuscinetto radiale a sfere (fig. 2) con tenute incorporate, prelubrificato e munito di flangia sull’anello esterno per il fissaggio sullo scudo del motore di trazione. L’isolamento elettrico del cuscinetto può essere assicurato impiegando un tipo ibrido con sfere in ceramica oppure applicando uno strato di rivestimento INSOCOAT sul foro dell’anello interno. In tal modo si ottiene un’unità di poco ingombro, costituita da pochi componenti e di facilissimo montaggio.

Le TMBU per le posizioni non di vincolo assiale sono costituite da un cuscinetto a rulli cilindrici (fig. 3) con tenute incorporate, prelubrificato e munito di flangia sull’anello esterno per il fissaggio sullo scudo del motore di trazione. L’isolamento elettrico del cuscinetto può essere assicurato impiegando un tipo ibrido con rulli in ceramica oppure applicando uno strato di rivestimento INSOCOAT sul foro dell’anello interno.

I cuscinetti ibridi presentano superiori proprietà isolanti, specialmente nei sistemi ad alta frequenza con inverter. I corpi volventi in nitruro di silicio conferiscono tali proprietà anche alle frequenze più elevate. Rispetto ai cuscinetti interamente in acciaio sono caratterizzati da minore attrito e maggiore precisione, il che favorisce la riduzione dei consumi energetici, consente minori temperature di lavoro, più lunga durata del grasso e, di conseguenza, più lunghi intervalli di manutenzione.

CARATTERISTICHE DEI SENSORI
I sensori incrementali integrati (figg. 4e 5) offrono vari vantaggi, quali il rilevamento assoluto della posizione per i dispositivi di controllo del motore di trazione, il rilevamento del senso di marcia, la misurazione della velocità di rotazione per i sistemi di controllo dei freni e, se necessario, la misurazione della temperatura per monitorare l’affidabilità dei sistemi.

Sulle unità i sensori sono integrati nel sistema di tenuta dell’anello esterno.

I vantaggi per l’utilizzatore sono i seguenti:

• ingombro molto ridotto, specie in senso assiale, rispetto ai dispositivi tradizionali
• minor numero di componenti
• risoluzione e precisione elevate
• esecuzione robusta, di lunga durata.

Per i sistemi di propulsione in AC più sofisticati, usati per i motori di trazione si richiede che il rilevamento assoluto della posizione del rotore avvenga con grande precisione. La SKF ha realizzato un sensore completamente nuovo per ottenere una precisione di posizione del ±0,075 % su 360° e una risoluzione di 5.632 impulsi per giro. Esso può essere usato sia per applicazioni con alberi passanti sia per applicazioni di estremità. L’intervallo delle temperature di lavoro va da –30 a 105 °C. Il sensore viene collaudato secondo le norme EN 61373 per verificarne la resistenza agli urti e alle vibrazioni. La compatibilità elettromagnetica è conforme alle norme internazionali. I sensori sono contrassegnati CE per indicare la conformità con i requisiti di salute e sicurezza imposti dalle direttive europee.

IL TRAM A PIANALE RIBASSATO ŠKODA 15 T
Da 140 anni Škoda è un ben noto marchio di veicoli e macchinari di vario tipo. La divisione Škoda Trakcní Motory (Motori di Trazione Škoda) svolge le attività principali nell’ambito della nuova società Škoda Electric a.s., situata a Plzeň nella Repubblica Ceca ed è un importante fornitore di motori elettrici da trazione. La Škoda fornisce sistemi di azionamento a tutta l’industria del mondo, specialmente in Austria, Germania, Cina, Corea del Sud e Stati Uniti, oltre che al mercato interno, e possiede un ricco portafoglio prodotti relativi ai motori di trazione per i treni pendolari. Škoda Trakcní Motory ha studiato nei dettagli la possibilità di semplificare i sistemi di cuscinetti e di ottenere più lunghi intervalli di manutenzione. Nel 1996 vennero condotte le prime prove sulle TMBU e queste oggi sono montate sulla maggior parte dei nuovi motori. Anche la Škoda Transportation s.r.o. è un tradizionale produttore di veicoli ferroviari, conduce ricerche sui tram da dieci anni ed è uno dei più importanti fornitori di veicoli specialmente nell’Europa centrale.

Il più recente veicolo Škoda è un tram per il 100 % a pianale ribassato (fig. 6), anche noto come ForCity tram. L’azienda tranviaria di Praga ne ha già ordinato 250 esemplari. Il primo prototipo è stato costruito nel 2008 ed è stato presentato alla InnoTrans di Berlino. Nel 2009 verranno consegnate le prime serie. L’originale configurazione del tram prevede carrelli interamente snodati. Per mantenere la rumorosità al minimo, il ForCity non ha riduttori. Il motore di trazione a bassa velocità è raffreddato ad acqua e comanda le ruote direttamente mediante un albero cardanico. Il tram è a tre sezioni, è lungo 31,4 e largo 2,46 metri, ha un’aderenza completa ed è progettato per tenere conto delle particolarità delle linee di Praga. È equipaggiato con quattro carrelli motori di altezza assai ridotta. Ogni ruota è azionata da un motore sincrono a magneti permanenti ed è controllata da un particolare inverter SKiiP, costituito da moduli intelligenti IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). I motori di trazione HLU 3436 P/44-VA sono sedici. Un sistema di controllo singolo per ogni ruota e per ogni carrello consente al veicolo di affrontare le curve con basso rumore e minima usura. La nuovissima tecnologia adottata conferisce al veicolo qualità di marcia eccezionali.

DESCRIZIONE DEL MOTORE DI TRAZIONE
Il motore HLU 3436 P/44-VA è costituito da un telaio, uno statore con avvolgimenti, un rotore, gli scudi e le unità cuscinetto. Il telaio è saldato, provvisto di canali di uscita per il liquido di raffreddamento e in esso viene inserito il pacco lamellare del circuito magnetico, provvisto di avvolgimenti. Le estremità degli avvolgimenti sono collegate al connettore di potenza. Il rotore è costituito da un circuito lamellare magnetico, circondato in senso assiale da piastre. I poli della macchina – a magneti permanenti – sono fissati al circuito lamellare. Il fissaggio dei magneti avviene tramite un montante. A entrambi i lati del telaio è previsto uno scudo di supporto per l’unità cuscinetto; il telaio stesso è munito di alette di collegamento al carrello. Le unità cuscinetto hanno corpi volventi in ceramica; quella a sfere è munita di due sensori, uno per il controllo motore e l’altro per il sistema frenante.

La ricerca e lo sviluppo dei motori sincroni lenti a magneti permanenti è stata resa possibile grazie all’intensa collaborazione tra gli specialisti della ŠKODA ELECTRIC, della VUES Brno e della SKF.

In conclusione, le unità TMBU per i motori di trazione offrono l’opportunità di ridurre i costi di esercizio grazie ai più lunghi intervalli di manutenzione. Sono di ridotto ingombro, hanno un ridotto numero di componenti e sono inoltre facili da montare. L’esperienza pratica conferma in pieno le aspettative.

INSOCOAT e NOWEAR sono marchi registrati del Gruppo SKF.

SPECIFICHE TECNICHE DEL MOTORE

Il motore di trazione HLU 3436 P/44-VA della ŠKODA ELECTRIC presenta le seguenti caratteristiche quando è alimentato da un inverter da 3 x 420 V, con modulazione impulsi da 5 kHz:

Valori nominali per un motore sincrono con magneti permanenti Coppia nominale 1.460 Nm
Corrente nominale 85,4 A
Velocità nominale 196 giri/min
Velocità massima 706 giri/min
Coppia massima 2.270 Nm
Fattore di carico S5
Dimensioni motore 370 x 434 x 470 mm
Trasmissione coppia Albero cardanico
Massa 252 kg

Cuscinetti SKF per motori di trazione
Sopporto di vincolo:
TMBU ibrida con sensore integrato di posizione e velocità (cuscinetto radiale a sfere)

Sopporto non di vincolo:
TMBU ibrida (cuscinetto a rulli cilindrici)

Sospensioni carrello
Carrelli muniti di ralle SKF