Il controllo della temperatura di lavoro dei cuscinetti nelle applicazioni ferroviarie è da sempre considerato un importante indicatore del loro corretto funzionamento.

Eventuali problemi inerenti alle loro condizioni di lavoro, come ad esempio perdite di efficacia della lubrificazione, erosioni in evoluzione e tutte le possibili cause di incremento dell’attrito tendono a generare un aumento della temperatura di esercizio dei cuscinetti, che prelude a una precoce perdita della capacità di svolgere correttamente la loro funzione.

Talvolta questa perdita di performance da parte dei cuscinetti può causare non solo la necessità di fermata manutentiva del veicolo interessato, ma anche danni veri e propri, come la fermata inopinata con conseguenze di disservizio o il rischio di eventi più gravi che possono arrivare fino al deragliamento.

La contromisura è stata per anni costituita da un sistema di rilevamento delle temperature delle boccole – le strutture che racchiudono i cuscinetti e li interfacciano meccanicamente al veicolo – effettuato mediante un sistema “a passaggio”: dei lettori di temperatura a infrarosso, posizionati in prossimità dei binari, captano la temperatura delle parti meccaniche relative ai cuscinetti mentre i veicoli passano al di sopra di essi.

La rilevazione così effettuata è resa disponibile alle autorità che gestiscono il traffico, le quali provvedono alle necessarie contromisure, tra cui l’avviso al macchinista.

Tuttavia questo sistema, benché in uso da molti anni, comporta una serie di lacune, ad esempio la distanza tra i punti di misura su di una stessa linea, spesso di decine di chilometri. Se infatti la temperatura di una boccola sale lentamente e con gradualità è probabile che a un certo punto una delle misure riveli la pericolosità in tempo per prendere le opportune decisioni, ma se per qualsiasi motivo il difetto è tale da causare un riscaldamento repentino, non è detto che questo venga rilevato in tempo se il punto di misura è ancora lontano.

Un altro problema dei lettori “a passaggio” è quello dell’affidabilità delle misure, la cui precisione può essere fortemente influenzata da fattori ambientali (nebbia, polvere, acqua o sporcizia) e geometrici (le emissioni infrarosse sono lette dopo essere state riflesse dagli oggetti su cui vengono dirette), per cui la conformazione geometrica delle boccole può essere tale da causare la dispersione di parti anche cospicue del segnale, con conseguente minor affidabilità dei valori misurati.

Tutti questi motivi, insieme alla moderna tecnologia che offre oggi la possibilità di utilizzare sistemi più affidabili e integrabili al veicolo a costi relativamente contenuti, hanno fatto sì che i gestori di traffico ferroviario si indirizzassero alla ricerca di soluzioni in grado di offrire misure più precise ed affidabili, tenendo sotto controllo continuo le temperature in modo da cogliere eventuali anomalie non appena queste si manifestino e di rendere immediatamente disponibili le informazioni avvisando automaticamente quando una situazione lo richieda.

La SKF, da anni leader nella fornitura di cuscinetti sensorizzati per applicazioni ferroviarie, ha proposto recentemente un sistema modulare per il monitoraggio delle temperature di esercizio dei cuscinetti sui rotabili, che può risolvere il problema di controllare il comportamento termico dei cuscinetti di un intero treno in “real time”, cioè senza soluzione di continuità, segnalando automaticamente eventuali anomalie e rendendo così immediate eventuali misure di sicurezza.

Il sistema prevede l’installazione su ciascuno dei carrelli del treno di un’unità “smart box”, che raccoglie i segnali dei trasduttori di temperatura da ciascun cuscinetto sul carrello, li converte da analogici a digitali, ed esegue alcune interessanti funzioni, quali la continua auto-diagnosi, in grado di segnalare eventuali anomalie al funzionamento dell’elettronica, o la sostituzione automatica di trasduttori che dovessero manifestare problemi, infatti ogni punto di misura ha due trasduttori, uno primario e uno secondario. Qualora venga riscontrata una non coerenza dei valori rilevati da un trasduttore, questo viene automaticamente sostituito dal suo “secondario”, in modo da permettere al sistema di continuare a processare dati affidabili.

I dati acquisiti da queste unità “locali” vengono poi raccolti nell’unità centrale, vero cuore del sistema, che oltre a gestire la comunicazione di tutta la rete a essa collegata esegue i calcoli necessari alla sorveglianza delle temperature di tutti i cuscinetti del convoglio.

Le temperature sono infatti controllate tenendo conto di una serie di algoritmi aventi lo scopo di evitare falsi allarmi o diagnosticare con anticipo situazioni di non affidabilità.

Abbiamo già menzionato la necessità che i due trasduttori “primario” e “secondario”, su uno stesso cuscinetto, siano “coerenti”, cioè diano la stessa misura (a meno di una tolleranza), per essere considerati affidabili.

La temperatura di ciascun cuscinetto è inoltre controllata sia in assoluto (quando cioè supera un valore assoluto di soglia), sia in relativo (un eventuale valore di temperatura che si discosti oltre un limite prefissato dalla media degli altri valori viene considerato anomalo), e la media per questo controllo viene effettuata tenendo conto dei cuscinetti che si trovano su un solo lato del treno, poiché la permanenza sotto il sole (o in ombra dal lato opposto) falserebbe la media stessa.

Sono inoltre disponibili due livelli di soglia: il primo detto “warning”, indica un livello di attenzione, già fuori dalla norma benché non ancora pericoloso; segue poi un secondo livello, più alto, detto di “alarm”, il superamento del quale indica una condizione di effettivo pericolo.

Il superamento delle soglie viene notificato al macchinista, il quale può quindi adottare il comportamento appropriato (riduzione della velocità fino a un punto di assistenza o fermata del convoglio, a seconda della severità dell’inconveniente ).Una piccola unità progettata per l’installazione su cruscotto provvede a effettuare queste segnalazioni.

Le soglie relative a tutti questi controlli sono programmabili al momento della configurazione del sistema in modo da permettere all’utente di adattare i valori a seconda delle necessità o dei regolamenti vigenti nell’area di utilizzo.

L’unità centrale del sistema ha inoltre la funzione di “data logging”, cioè memorizza gli eventi che via via vengono a verificarsi, associandoli a data e ora di ciascuno. Queste registrazioni rimangono disponibili per essere scaricate e costituire quindi un importante documento di verifica di quanto accaduto.

Tutta la programmazione delle soglie e delle varie funzioni avviene tramite un software sviluppato appositamente, che offre la possibilità, oltre alla messa a punto del sistema, di verificare la condizione di corretto funzionamento, mediante un programma di diagnostica completa di tutta la configurazione e del funzionamento di ciascuna singola unità. Il software prevede due livelli di accesso, uno più basso per il solo scarico dei dati e l’altro, dedicato ai tecnici di manutenzione, che permette di configurare il sistema, impostare le soglie e le regole per i vari controlli.

Un enorme vantaggio del sistema SKF consiste nella gestione del cablaggio.

Una così massiccia raccolta di dati da ciascuna carrozza di un treno porterebbe, utilizzando sistemi tradizionali, alla necessità di collegare e condurre lungo tutta la lunghezza del treno una grande quantità di cavi (basti pensare che ciascun carrello, con i trasduttori doppi, necessiterebbe di 16 fili. Questi andrebbero moltiplicati per il numero dei carrelli esistenti sul treno, costituendo una ragguardevole massa di cavi, con un costo di installazione notevole).

Il sistema SKF utilizza invece la tecnologia CAN per il colloquio tra le varie unità. In breve i dati convertiti in digitale da ciascuna “smart box” vengono poi trasferiti lungo tutta la rete con un protocollo CAN-Bus, che utilizza due soli fili che collegano tra loro tutte le unità. Così il cablaggio è costituito da un solo cavo che unisce tra loro tutti i componenti del sistema, con una semplicità di realizzazione e un risparmio notevoli.

Ancora una volta la SKF offre ai propri clienti la possibilità di dotarsi di un sistema all’avanguardia, che coniuga la semplicità d’installazione con l’alta qualità delle prestazioni offerte, e si fa trovare pronta a farlo proprio mentre i potenziali clienti devono mettersi in regola con le nuove norme europee, che prevedono, per tutti i convogli passeggeri, l’obbligo di un sistema in tempo reale per il controllo della temperatura di esercizio dei cuscinetti, proprio per sopperire alle sopra citate lacune dei sistemi esistenti.