ROLLING STOCK'S CRITICAL ELEMENTS FOR FREIGHT TRANSPORT: A METHOD OF ANALYSIS FOR DIAGNOSTICS AND MAINTENANCE - SIDT
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SEMINARIO SCIENTIFICO SIDT 2015
ROLLING STOCK’S CRITICAL ELEMENTS
FOR FREIGHT TRANSPORT:
A METHOD OF ANALYSIS FOR
DIAGNOSTICS AND MAINTENANCE
AUTORI
Ing. Vincenzo Ivan PITRUZZELLA
Ing. Fabrizio BRUNO
Ing. Eugenio MUZIO
Sign. Awes BOTELLO TORINO, 15 SETTEMBRE 2015
LA POTENZIALE CRESCITA DEL TRAFFICO FERROVIARIO MERCI PREVEDE:
AUMENTO DEI VOLUMI DI MERCE TRASPORTATA
AUMENTO DELLE DISTANZE PERCORSE DAI CONVOGLI
(NUOVE CONNESSIONI EUROPA-ASIA)
UTILIZZO DI CONVOGLI PIU LUNGHI E VELOCI
UTILIZZO DI CARRI CAPACI DI TRASPORTARE MAGGIORE CARICO
GARANTENDO LA SICUREZZA E
L’AFFIDABILITA DEL TRASPORTO
GARANTISCE
AUMENTO
L’ AFFIDABILITÀ E
DELL’AFFIDABILITÀ
SICUREZZA DEL
DEI CARRI MERCI
SERVIZIO
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SICUREZZA SISTEMI INNOVATIVI DI
DELLA MERCE MANUTENZIONE E
TRASPORTATA DIAGNOSTICA PER IL
MATERIALE ROTABILE MERCI
AFFIDABILITA
E SICUREZZA
DEL SERVIZIO AUMENTARE
L’AFFIDABILITA
SICUREZZA CERTEZZA DI GIUNGENDO AD UNA
DEL ESECUZIONE E MANUTENZIONE
MATERIALE DEI TEMPI DI PREDITTIVA
ROTABILE RESA
CONTROLLARE COSTANTEMENTE NEL TEMPO I PARAMETRI FUNZIONALI DEI VEICOLI
INTERVENIRE TEMPESTIVAMENTE IN CASO DI GUASTO
TRACCIABILITÀ COMPLETA DEI CONVOGLI
REGISTRAZIONE DI DATI UTILI PER OTTIMIZZARE LE PRATICHE MANUTENTIVE IN ACCORDO
ALLA PROGETTAZIONE LOGISTICA DEL SERVIZIO
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Carri merci che si differenziano per caratteristiche dimensionali e
strutturali per meglio adattarsi alla merce da trasportare
Utilizzazione dei carri su linee e in composizione differenti a
seconda delle esigenze di trasporto
PROBLEMATICHE Assenza di alimentazione elettrica a bordo carro
Coesistenza di carri di vecchia e nuova generazione (parco
eterogeneo)
Un nuovo sistema diagnostico deve integrarsi con le attuali pratiche
manutentive
Analisi degli elementi critici comuni alle diverse tipologie di carri merci
attualmente in esercisio al fine di svilppare dei sistemi di diagnostica mirati
ed integrabili con le attuali metodologie di Gestione del servizio
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MODALITA OPERATIVE
L’attività di ricerca è stata sviluppata in tre Fasi
ATTIVITÀ
Attraverso l’analisi, sul campo, delle difficoltà applicative delle attuali
procedure di manutenzione programmata e dell’incidenza sul servizio di
eventuali guasti di componenti del materiale rotabile, si sono
individuati gli elementi di maggiore criticità del materiale rotabile da
1° FASE
monitorare.
Presso operatori 1. Analisi, presso operatori del settore ferroviario merci, dell’efficacia e
del settore delle problematiche relative alla corretta applicazione delle attuali
procedure di manutenzione programmata (verifiche tecniche, azioni
di manutenzione straordinaria, ecc.)
2. Identificazione degli elementi critici del materiale rotabile merci,
attraverso l’analisi delle anomalie maggiormente riscontrabili su ogni
Asset funzionale e delle loro correlazioni.
3. Identificazione della parte funzionale di maggiore criticità in termini
di sicurezza , affidabilità del servizio e monitoraggio.
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MODALITA OPERATIVE
ATTIVITÀ
Realizzazione di un modello matematico che riproduce il
comportamento della parte funzionale, in assenza e presenza di
guasti, identificato nella fase 1.
2° FASE
1. Identificazione delle componenti strutturali, caratterizzanti la
Presso parte funzionale, sul carro scelto come campione.
Politecnico di Torino
Aziende Costruttrici 2. Analisi del comportamento degli elementi strutturali durante il
loro normale funzionamento.
3. Realizzazione di un modello matematico che descriva la risposta
del sistema in presenza ed assenza di guasti.
4. Implementazione del modello attraverso codice di calcolo
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MODALITA OPERATIVE
ATTIVITÀ
Prove sperimentali sul carro campione al fine di calibrare il
modello ed elaborare l’architettura di un sistema di misura,
installabile a bordo carro, che si interfacci con esso.
3° FASE
1. Identificazione di una strumentazione di misura, con
componentistica commerciale, facilmente installabile a bordo
Presso
Ambrogio Trasporti S.p.a
di diverse tipologie di carri ed interfacciabile col modello
matematico.
2. Campagna di misure, a carro fermo, volte a calibrare il
modello matematico, attraverso il confronto con i dati reali
acquisiti.
3. Determinare curve limite di accettabilità, stabilendo il campo
di variabilità ammesso per gli effettivi scostamenti dei
parametri funzionali monitorati.
4. Campagna di misura durante il normale esercizio del carro
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1° FASE
ELEMENTI CRITICI DEL MATERIALE
ROTABILE MERCI
ASSET FUNZIONALI Per ogni Tipologia di anomalia
ANALISI DELLE PROCEDURE DÌ MANUTENIONE
INCIDENZA DELL’ANOMALIA SULL’AFFIDABILITA
DEL SERVIZIO
CAPACITA DÌ RILEVABILITA DEL DIFETTO
INTERAZIONE TRA ASSET FUNZIONALI
SFACCETTATURE
RUOTA MONOBLOCCO
L’insorgere di alcune usure sul piano di
rotolamento è influenzato dal cattivo
funzionamento dell’impianto frenante
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1° FASE
IDENTIFICAZIONE DELLA PARTE
FUNZIONALE DI MAGGIORE CRITICITÀ
PARTE PNEUMATICA DEL IMPORTANZA CHE RIVESTE AI FINI DELLA SICUREZZA
SISTEMA FRENANTE INFLUENZA SULL’INSORGERE DI ANOMALIE SU ALTRI ELEMENTI
(ES. RODIGGIO, SISTEMI DI TRAZIONE)
LA DISPOSIZIONE DEI MAGGIORI ONERI IN CASO DI GUASTO
COMPONENTI VARIA A SECONDA DIFFICOLTÀ D’INDIVIDUARE ANOMALIE DURANTE VERIFICHE TECNICHE
DELLA TIPOLOGIA DI CARRO E DI
PREVISTE DALLE PROCEDURE DÌ MANUTENZIONE ORDINARIA
SISTEMA FRENANTE ADOTTATO
È PRESENTE IN QUASI LA TOTALITÀ DEI CARRI FERROVIARI
RISENTE DELLE VARIAZIONI DI CARICO DEL CARRO
AGISCE A LIVELLO CARRELLO
SE MONITORATO PERMETTE DÌ REGISTRARE LE AZIONI DÌ FRENATURA IN FUNZIONE DEL CARICO E DALLA LINEA
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2° FASE
IDENTIFICAZIONE CARRO TIPO
Carro serie : Sggmrs
Proprietario: Ambrogio Trasporti S.p.A
Costruttore: Cima
Sistema frenante: Faiveley Transport S.p.A
Valvola VCAV tipo 1P-1E con
funzione differenziale
Cilindro freno
Seminario Scientifico SIDT 2015 102° FASE
MODELLO MATEMATICO DEL SOTTOSISTEMA
MODELLO SEMPLIFICATO A
TALE APPROCCIO PERMETTE:
PARAMETRI CONCENTRATI
RIPRODURRE GLI ANDAMENTI DEI TRANSITORI DI
CORRELA LA : PRESSIONE DURANTE LE FASI DI FRENATURA IN
RELAZIONE AL CARICO DEL CARRO.
DINAMICA DELLA VALVOLA RELE VCAV
DINAMICA DEL CILINDRO FRENO
ATTRAVERSO LA DIVISIONE IN SOTTOFASI, PERMETTE
VALORI E TEMPI DÌ ACCUMULO/AUMENTO DÌ
DI TENERE CONTO DEL CONTRIBUTO DEGLI ELEMENTI
PRESSIONE NELLE:
STRUTTURALI CHE CARATTERIZZANO LA VCAV E IL
- CAMERE DELLA VALVOLA RELE VCAV
CILINDRO FRENO
- CAMERA DEL CILINDRO FRENO
- CAMERA DEL SERBATOIO AUSILIARIO
AD OGNI SINGOLA FASE CORRISPONDE UN
ATTRAVERSO L’ANALISI DEL FUNZIONAMENTO DEI SISTEMA DÌ EQUAZIONI DIFFERENZIALI CHE NE
IDENTIFICA IL COMPORTAMENTO
SINGOLI ELEMENTI DEL SOTTOSISTEMA SI
INDIVIDUANO LE SOTTOFASI CHE VENGONO INDIVIDUATI I VALORI DÌ SOGLIA DÌ
CARATTERIZZANO LE AZIONI DÌ: GRANDEZZE CARATTERISTICHE (PRESSIONE
/SPOSTAMENTO) IL CUI RAGGIUNGIMENTO
FRENATURA DETERMINA IL PASSAGGIO TRA UNA
SOTTOFASE E LA SUCCESSIVA.
SFRENATURA
Seminario Scientifico SIDT 2015 112° FASE
MODELLO MATEMATICO DEL SOTTOSISTEMA
VALVOLA VCAV
È POSSIBILE SUDDIVIDERE
IL SISTEMA IN TRE AREE:
CIRCUITO DI COMANDO
CIRCUITO PRINCIPALE
CIRCUITO INFERIORE
QUATTRO SOTTOFASI DI FUNZIONAMENTO:
PRIMA FASE DI FRENATURA, FINO AL
RAGGIUNGIMENTO IN CAMERA PILOTA DI UNA
PRESSIONE PARI A 0,67÷0,75 BAR.
SECONDA FASE DI FRENATURA, DAL SUPERAMENTO
DEL SUDDETTO VALORE FINO AL RAGGIUNGIMENTO
DELLA PRESSIONE MASSIMA DI FRENATURA
PRIMA FASE DI SFRENATURA
SECONDA FASE DÌ SFRENATURA
Seminario Scientifico SIDT 2015 122° FASE
MODELLO MATEMATICO DEL SOTTOSISTEMA
Cilindro freno
QUATTRO SOTTOFASI DI FUNZIONAMENTO:
PRIMA FASE DI FRENATURA, IN CUI LA PRESSIONE IN CAMERA A È TALE DA MUOVERE LO STELO DEL
CILINDRO.
SECONDA FASE DI FRENATURA, IL VOLUME DELLA CAMERA RIMANE COSTANTE
PRIMA FASE DI SFRENATURA, IL VOLUME DELLA CAMERA A RIMANE COSTANTE.
SECONDA FASE DÌ SFRENATURA, LO STELO DEL CILNDRO RIENTRA NELLA SUA SEDE.
Seminario Scientifico SIDT 2015 132° FASE
MODELLO MATEMATICO DEL SOTTOSISTEMA
A FRONTE DEL SEGNALE DI PRESSIONE Pd DI COMANDO DEL DISTRIBUTORE,
IL VALORE DI PRESSIONE PEt RAGGIUNTO IN CAMERA PILOTA DELLA VCAV
DETERMINA IL PASSAGGIO TRA UNA FASE E LA SUCCESSIVA
Seminario Scientifico SIDT 2015 142° FASE
MODELLO MATEMATICO DEL SOTTOSISTEMA
1° FASE DI
FRENATURA
2° FASE DI
FRENATURA
Seminario Scientifico SIDT 2015 152° FASE
MODELLO MATEMATICO DEL SOTTOSISTEMA
EQUAZIONI DI FLUSSO
CAMERE VALVOLA RELE VCAV
CAMERA CILINDRO FRENO
I SISTEMI DI EQUAZIONI DIFFERENZIALI NON LINEARI
POSSONO ESSERE RISOLTI INTRODUCENDO LE
EQUAZIONI DINAMICHE DEL CILINDRO FRENO E DELLE
VALVOLA RELÈ VCAV, MEDIANTE METODI NUMERICI
Seminario Scientifico SIDT 2015 162° FASE
MODELLO MATEMATICO DEL SOTTOSISTEMA
Le equazioni che identificano il modello matematico vengono risolte
attraverso il metodo alle differenze finite, utilizzando il codice di calcolo
Matlab
Si trascurano le perdite di carico localizzate e distribuite lungo le
tubazioni di collegamento
IPOTESI Si trascura il contributo dei termini inerziali e di attrito degli
elementi costituenti la valvola VCAV
Si considerano costanti i volumi della camera equilibratrice e pilota
della valvola VCAV
ASSENZA DI GUASTI
SIMULAZIONI
PRESENZA DI GUASTI
Seminario Scientifico SIDT 2015 172° FASE
RISULTATI DELLE SIMULAZIONI
SIMULAZIONI IN ASSENZA DI
GUASTI:
REGIME DI FRENATURA
VIAGGIATORI (P)
Seminario Scientifico SIDT 2015 182° FASE
RISULTATI DELLE SIMULAZIONI
SIMULAZIONI IN ASSENZA DI
GUASTI:
REGIME DI FRENATURA P –
VARIAZIONE DI CARICO
Seminario Scientifico SIDT 2015 192° FASE
RISULTATI DELLE SIMULAZIONI
SIMULAZIONI IN PRESENZA DI
GUASTI:
BLOCCAGGIO DEL CILINDRO FRENO
DURANTE LA FASE DI FRENATURA
L’andamento di pressione non presenta più la fase di primo tempo, ed il gradiente
è più elevato rispetto all’andamento atteso in assenza di guasto. Il sistema
raggiunge comunque la pressione massima di frenatura
Seminario Scientifico SIDT 2015 202° FASE
RISULTATI DELLE SIMULAZIONI
SIMULAZIONI IN PRESENZA DI
GUASTI:
MAGGIORE CORSA DEL PISTONE
Una maggiore corsa del cilindro determina una fase di primo
tempo più lunga
Seminario Scientifico SIDT 2015 212° FASE
RISULTATI DELLE SIMULAZIONI
SIMULAZIONI IN PRESENZA DI
GUASTI:
ANOMALIE RISCONTRABILI NEL
FUNZIONAMENTO DELLA VALVOLA
DI PESATURA
Si determina una pressione massima al cilindro freno inferiore a quello
attesa dal sistema in condizioni ordinarie di funzionamento
Seminario Scientifico SIDT 2015 223° FASE
ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI MISURA
LA PROGETTAZIONE DELL’ARCHITETTUTA DEL SISTEMA DÌ MISURA TIENE CONTO :
PARAMETRI D’INGRESSO E DI USCITA DEL MODELLO MATEMATICO
COMPONENTI VERSATILI CHE POSSANO ESSERE INSTALLATI CON FACILITÀ A BORDO CARRO,
ADATTABILITÀ A TIPOLOGIE DI CARRI MERCI DIVERSE DA QUELLO ESAMINATO
TIPOLOGIA DI SENSORI
3 TRASDUTTORI DI PRESSIONE
1 POTENZIMETRO LINEARE A FILO
Seminario Scientifico SIDT 2015 233° FASE
MISURE SPERIMENTALI
IL SISTEMA DI MISURE PERMETTE DI ACQUISIRE:
Andamento di pressione in uscita dal distributore pdi
CONFRONTABILI
Andamento di pressione all’interno della camera del cilindro freno pCF COL MODELLO
Andamento di pressione in uscita dal serbatoio ausiliario pSA MATEMATICO
Andamento del cilindro freno xCF
CAMPAGNA PROVE PRESSO AMBROGIO TRASPORTI SpA
1°STEP - ACQUISIRE A VEICOLO FERMO GLI ANDAMENTI DÌ PRESSIONE E SPOSTAMENTO PER DIVERSE TIPOLOGIE
DÌ FRENATA IN ACCORDA ALLA PROCEDURA DELLA PROVA FRENO
2°STEP - RIPETERE LE PROVE A VEICOLO FERMO IN PRESENZA DÌ GUASTI
3°STEP – RIPETERE LE PROVE CON VEICOLO NELLE NORMALI CONDIZIONI D’ESERCIZIO
Seminario Scientifico SIDT 2015 24CONCLUSIONI
Il modello permette di monitorare i transitori di pressione in fase di frenatura e
sfrenatura in diverse condizioni di carico
Il modello permette di simulare la risposta del cilindro freno in presenza di
anomalie come:
bloccaggio del cilindro freno
maggiore corsa del pistone
guasti della valvola di pesatura
guasti del dispositivo VCAV
perdite lungo le condotte
Il modello presenta caratteristiche di funzionamento veloci, in accordo con la
realizzazione di un sistema di monitoraggio in continuo del sistema frenante
La metodologia utilizzata è adattabile a diverse tipologie di carri di nuova e
vecchia generazione
Utilizzo di un solo sensore posto alla bocca del cilindro freno per evidenziare
guasti al sottosistema frenante
Seminario Scientifico SIDT 2015 25GRAZIE
PER
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