Sistemi innovativi per la diagnostica e la manutenzione nei sistemi ferroviari: Impianto SWAN-T Piazza Leopardi

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Gennaro Guerra
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1 Sistemi innovativi per la diagnostica e la manutenzione nei sistemi ferroviari: Impianto SWAN-T Piazza Leopardi Ing. Giovanni Mannara, IVM Srl Sorrento, 16 Ottobre 2015

2 Sistemi di monitoraggio Scenario Accresciute esigenze di mobilità sostenibile Sviluppo dei moderni sistemi di segnalamento Uso più intensivo delle tratte ferroviarie esistenti Aumento del numero di transiti Incremento dei fenomeni di degrado delle componenti soggette ad usura Mantenimento degli standard di sicurezza e controllo della manutenzione Necessità di sistemi di monitoraggio innovativi 2

transiti Incremento dei fenomeni di degrado delle componenti soggette ad usura Mantenimento degli

3 Cause del degrado Effetti di interazione ruota-rotaia Causa ed Effetto 3 Forte impatto sulla regolarità dell esercizio ed elevato costo della manutenzione Problema: Valutare la qualità delle ruote

4 Sistemi di monitoraggio innovativi SWAN-T SWAN-T MEMS based technology SMART WHEELSETS ACCELEROMETRIC NETWORK-TRACK Interazione ruota-rotaia I difetti geometrici generano vibrazioni sul piano di rotolamento SWAN-T rileva le accelerazioni trasmesse alla rotaia da ciascuna ruota Valuta la qualità della superficie di contatto di ciascuna ruota transitante Estrazione di un Indice sintetico di Qualità della Ruota Impianto di Piazza Leopardi - Linea 2 metropolitana di Napoli (RFI) IQR 4

trasmesse alla rotaia da ciascuna ruota Valuta la qualità della superficie di contatto di ciascuna ruota transitante

5 SWAN T Composizione Principali componenti del sistema: n 24 accelerometri triassiali basati su tecnologia MEMS; n 2 sensori di prossimità induttivi per il rilevamento degli assili nella zona di misura; moduli di acquisizione, sincronizzazione ed elaborazione dei dati raccolti 5 Alimentazione autonoma con impianto fotovoltaico

rilevamento degli assili nella zona di misura; moduli di acquisizione,

6 SWAN T Processo Schema di di funzionamento analisi dell Indice di qualità delle Ruote Variabili Superficie piano rotolamento ruota Acquisizione dati Validazione Analisi accelerazioni verticali Normalizzazione IQR Output Sintetico L0 L1 L2 Output Remoto WEB 6

ruota Acquisizione dati Validazione Analisi accelerazioni

7 Elaborazioni dati Curve di taratura Come si valuta la significatività di un difetto? Simulazione di alcuni difetti su ruote non degradate di un convoglio test Sf -A-2 Sf -B-2 Valutazione degli output raccolti durante il transito di questo convoglio a velocità controllata Verifica della ripetibilità e dell ampiezza delle risposte in funzione dell entità dei difetti e della velocità RMS Andamento RMS con la velocità y = x R² = Tutti Velocità (km/h) Picco Andamento Picco con la velocità y = x R² = Tutti Velocità (km/h) Curve di taratura in funzione della velocità che indicano i limiti dei tre livelli: L0, L1, L2 7

Verifica della ripetibilità e dell ampiezza delle risposte in funzione dell entità dei difetti e della velocità RMS Andamento RMS con la velocità 1.8 1.6 1.4 1.2 y = 0.0519x - 0.

8 Elaborazione dati Output restituiti Rappresentazione sintetica : grafico dove per ciascun assile del convoglio transitante il valore di IQR viene associato ad una scala colorimetrica, associando ai livelli un colore: rosso, giallo e verde. Rappresentazione estesa o di dettaglio, Rappresentazione in uno schema grafico dove sono evidenziati anche i settori coinvolti dai difetti. 8

associando ai livelli un colore: rosso, giallo e verde.

9 Identificazione convogli Controllo remoto macchina fotografica Identificazione treno estraendo il numero di targa Analisi della regione in cui un identificativo univoco è presente Associazione del numero di targa al transito registrato in quel particolare orario 9

regione in cui un identificativo univoco è presente Associazione

10 Transiti identificati Ripetibilità treno senza ruote segnalate in allarme Valutazione della ripetibilità dei risultati per transiti identificati Schema sintetico dello stato delle ruote Esempio: Convoglio Privo di ruote segnalate in allarme N medio ruote livello L2: 0 N transiti: 8 10

identificati Schema sintetico dello stato delle ruote Esempio:

11 Transiti identificati Ripetibilità treno con ruote segnalate in allarme Valutazione della ripetibilità dei risultati per transiti identificati Schema sintetico dello stato delle ruote Esempio: Convoglio con ruote segnalate in allarme N medio ruote livello L2: 15 N transiti: 8 Elevata ripetibilità dei risultati 11

sintetico dello stato delle ruote Esempio: Convoglio con ruote segnalate in

12 Transiti identificati Classificazione ruote Parametro utilizzato per il calcolo dell IQR alla velocità di riferimento (25 km/h) Media del valore sugli n passaggi validati Valore medio parametro Indice di Qualità della Ruota IQR 2.5 Classificazione di ruote in funzione del 1.5 parametro Aggiunta di valori di soglia che indicano l assegnazione del livello per il set di dati esaminato N ruota 12

5 3 Valore medio parametro Indice di Qualità della Ruota IQR 2.

13 Transiti identificati Ripetibilità risultati Controllo della ripetibilità per le ruote in livello L2 Estrazione dalla classifica delle 40 ruote con valore del parametro più elevato Valutazione della media e delle dispersioni assolute e relative dei risultati per ogni ruota Dispersione media tra le 40 ruote <6% % 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% Valore medio parametro IQR (prime 40 ruote) N ruota Dispersione relativa parametro IQR (prime 40 ruote) N ruota 13

relative dei risultati per ogni ruota Dispersione media tra le 40 ruote <6% 5 4.5 4 3.5 3 2.

14 Variazioni nel tempo Confronto Estrazione dei risultati sintetici con identificazione visiva dei convogli (su periodo complessivo di tre mesi) Periodo A Periodo B Periodo C Individuazione di convogli con differenze significative negli output restituiti 14

complessivo di tre mesi) Periodo A Periodo B Periodo C

15 Andamento nel tempo Analisi singolo transito convoglio con variazione Risultati tipici Periodo A Presenza di ruote allarmate sul vagone 3 15

16 Andamento nel tempo Analisi singolo transito convoglio con variazione Periodo B NESSUN TRANSITO RILEVATO 16

17 Andamento nel tempo Analisi singolo transito convoglio con variazione Risultati tipici Periodo C Nessuna ruota segnalata in stato di allarme 17

18 Andamento nel tempo Verifica identificazione fotografica Ultimo transito treno periodo A Primo transito treno periodo C 18

19 SWAN-T Conclusioni I fenomeni di interazione ruota-rotaia generano vibrazioni sul piano di rotolamento in funzione dei difetti geometrici IL analisi di dettaglio degli accelerogrammi,in combinazione con i dati di transito dei sensori effetto Hall, risulta efficace per la valutazione degli effetti indotti dall interazione ruota-rotaia. Il sistema SWAN-T è in grado di rilevare convogli con ruote in stato di difettosità La rappresentazione sintetica degli output rappresenta un valido strumento di diagnostica L identificazione attraverso le immagini fotografiche consente di valutare sia la ripetibilità dei risultati del sistema sia eventuali fenomeni di variabilità nel tempo In un periodo di tre mesi si sono individuati sia convogli con risultati costanti nel tempo, sia convogli con variazioni significative Il sistema può fornire utili indicazioni a supporto delle operazioni di manutenzione 19

Il sistema SWAN-T è in grado di rilevare convogli con ruote in stato di difettosità La rappresentazione sintetica degli output rappresenta un valido strumento di diagnostica L identificazione

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Ing Giovanni Mannara VicePresidente STRAGO Ricerche Responsabile Scientifico Area RS STRAGO Ricerche Via Campana, 233 80078 Pozzuoli Napoli Tel 00390815240611 Fax 00390815264583 Sistemi di monitoraggio