ITTO990164A1 - Gruppo cuscinetto per un assile ferroviario. - Google Patents

Gruppo cuscinetto per un assile ferroviario.

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ITTO990164A1 IT1999TO000164A ITTO990164A ITTO990164A1 IT TO990164 A1 ITTO990164 A1 IT TO990164A1 IT 1999TO000164 A IT1999TO000164 A IT 1999TO000164A IT TO990164 A ITTO990164 A IT TO990164A IT TO990164 A1 ITTO990164 A1 IT TO990164A1
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Gruppo cuscinetto per un assile ferroviario "
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un gruppo cuscinetto per un assile ferroviario del tipo comprendente una boccola di supporto per un cuscinetto.
Il deterioramento meccanico dei cuscinetti di supporto degli assili oltre a comportare un impatto negativo sulle prestazioni di funzionamento dell'assile riducono la sicurezza del veicolo e possono col tempo portare alla rottura del cuscinetto, con conseguenze disastrose quali il deragliamento del veicolo.
I principali difetti strutturali o funzionali cui sono soggetti i cuscinetti del tipo suddetto o la relativa ruota possono essere riassunti come segue:
- difetti di fabbricazione o di montaggio del cuscinetto, che provocano un gioco eccessivo tra i suoi componenti (piste dì rotolamento interne ed esterne, elementi di rotolamento, gabbie di trattenimento di questi, dispositivo di tenuta, spallamenti che definiscono la posizione assiale del cuscinetto rispetto al fusello); presenza di cricche o schegge provocate da fenomeni di fatica,· corrosione locale dovuta ad un passaggio di corrente attraverso il cuscinetto; punti di ruggine,·
- lubrificazione insufficiente delle parti interne del cuscinetto; lubrificante contaminato o deteriorato;
- presenza di una parte piatta nella superficie di rotolamento della ruota sulla rotaia, dovuta ad un bloccaggio della ruota mentre il veicolo ferroviario è in movimento; usura eccessiva del profilo della ruota nella zona di contatto con la rotaia; - gioco assiale della ruota rispetto all'assile, con conseguente non-perpendicolarità dell'asse di rotazione della ruota rispetto ad un piano verticale .
Fino ad ora i metodi di controllo dei cuscinetti si sono limitati ad interventi di manutenzione preventiva effettuati periodicamente. In occasione di tali interventi, tutti i cuscinetti di un medesimo veicolo vengono sostituiti, a prescindere dalle loro condizioni, e quindi anche i cuscinetti ancora validi, la cui sostituzione non sarebbe indispensabile né opportuna.
Come si comprenderà, questo modo di procedere comporta innanzitutto costi elevati di manodopera e costi passivi per l'inutilizzo del veicolo, ma soprattutto non consente di predire o rilevare per tempo la presenza di guasti così da poter intervenire prima che il cuscinetto sia deteriorato in modo tale da rappresentare una situazione di potenziale pericolo. C'è quindi il rischio che un cuscinetto difettoso continui ad essere utilizzato per un periodo di tempo prolungato, fino al momento prestabilito dal programma di manutenzione per la sua sostituzione.
Il brevetto US-A-5433111 descrive un'apparecchiatura per il rilevamento di condizioni difettose associate ad una serie di ruote di un veicolo ferroviario e ad un binario su cui viaggia un dato veicolo ferroviario. L'apparecchiatura comprende mezzi di misurazione per generare dati indicativi della velocità di rotazione delle ruote, una serie di accelerometri atti a generare dati indicativi del movimento lungo tre assi ortogonali, dei quali uno è generalmente verticale rispetto al binario, e un elaboratore di dati adatto a rilevare, in base ai dati suddetti di velocità e di movimento, una condizione di difetto associata ad almeno una ruota del veicolo.
Il brevetto US-A-5381692 si -riferisce ad un sistema di monitoraggio di un gruppo cuscinetto di supporto dell'albero di trasmissione di un elicottero. Il sistema prevede un sensore di vibrazione atto a fornire segnali indicativi delle vibrazioni emanate del gruppo cuscinetto, primi mezzi sensori di temperatura atti a fornire segnali indicativi della temperatura del gruppo cuscinetto e secondi mezzi sensori di temperatura atti a fornire segnali indicativi della temperatura ambientale. In base ai segnali di vibrazione e temperatura, un sottosistema di allarme fornisce un segnale di allarme che evidenzia una condizione di degrado del cuscinetto.
È scopo della presente invenzione predire e/o individuare per tempo e segnalare la presenza di un difetto, il tipo di difetto e la sua precisa collocazione, distinguendo in particolare su quale ruota del veicolo o convoglio ferroviario il difetto è presente e, ancora più in particolare, distinguere se il difetto interessa la ruota, il suo cuscinetto o uno dei componenti di quest'ultimo.
Un altro scopo della presente invenzione è di realizzare un monitoraggio continuo e in tempo reale delle condizioni operative del cuscinetto per ottenere informazioni in tempo reale circa la variazione del difetto nel tempo,-così che sia possibile intervenire con urgenza in presenza di guasti gravi, o di rinviare l'intervento a seconda della gravità del guasto segnalato, o ancora di valutare l'opportunità di non intervenire, ad esempio quando un difetto di funzionamento si è stabilizzato o si va stabilizzando.
Un altro scopo dell'invenzione è di ottimizzare la manutenzione, così da intervenire solo quando sia opportuno o necessario, e sostituire solo il cuscinetto individuato come difettoso o usurato.
Questi ed altri scopi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti secondo la presente invenzione da un gruppo cuscinetto avente le caratteristiche enunciate nella rivendicazione 1.
Un ulteriore scopo dell'invenzione è di proporre un gruppo cuscinetto provvisto di sensori di vibrazione collocati in modo ottimale per rilevare le vibrazioni cui è soggetto il cuscinetto e la sua ruota, ed individuare correttamente la natura, la posizione e l'entità di eventuali difetti. Questo scopo è raggiunto, secondo l'invenzione, da un gruppo cuscinetto avente le caratteristiche richiamate nelle rivendicazioni da 2 a 4.
Ulteriori caratteristiche importanti sono richiamate nelle altre rivendicazioni dipendenti.
Le caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata di alcuni suoi esempi di realizzazione fatta con riferimento ai disegni allegati, dati a titolo indicativo e non limitativo, in cui:
la figura 1 è una vista prospettica in parziale spaccato dell'interno di una boccola del gruppo cuscinetto sensori secondo la presente invenzione; la figura 2 è una vista prospettica in parziale spaccato dell'esterno della boccola di figura 1; la figura 3 è una vista prospettica, in scala ingrandita, di un corpo porta sensore munito di due sensori di vibrazione orientati in direzioni diverse,· e
le figure 4 e 5 sono viste schematiche frontali di due rispettive varianti del corpo porta sensore di figura 3.
Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, con 1 è complessivamente indicata una boccola di forma sostanzialmente cilindrica fissabile in modo noto ad un veicolo ferroviario per fare da supporto ad un cuscinetto di rotolamento in essa alloggiato e non illustrato per semplicità.
Un inserto anulare metallico 2, atto a sigillare il cuscinetto dal lato assialmente esterno, è calzato a pressione sull'anello radialmente esterno (non illustrato) del cuscinetto dell'assile. L'inserto di tenuta 2 è preferibilmente costituito da una lamiera d'acciaio forgiata a freddo dello spessore di circa 2 mm.
Facendo riferimento anche alla figura 3, secondo l'invenzione, sull'inserto di tenuta 2 è montato un corpo sensore 3 contenente un dispositivo accelerometro bidirezionale comprensivo di un primo accelerometro 4 orientato nella direzione verticale ed un secondo accelerometro 5 orientato nella direzione orizzontale assiale.
Vantaggiosamente il corpo sensore 3 viene posizionato sull'inserto di tenuta 2 in posizione verticalmente allineata con l'asse di rotazione del cuscinetto, dove si è verificato che le vibrazioni sono più intense e, in modo particolarmente preferito, nella parte alta dell'inserto (in altre parole a ore 12), e cioè in corrispondenza della zona dove gli elementi di rotolamento del cuscinetto sono soggetti al massimo caricamento.
Il corpo sensore 3 forma una base 3a per l'appoggio su una superficie radiale 2a dell'inserto di tenuta 2, con una coppia di fori 3b atti a permettere il passaggio-di rispettivi elementi di fissaggio (non illustrati) che servono a vincolare in modo rimovibile il corpo sensore 3 all'inserto 2.
Gli accelerometri 4 e 5 saranno preferibilmente di tipo piezoelettrico, associati a rispettivi amplificatori (non illustrati) incorporati nel corpo sensore .
L'accelerometro 4 rileva vibrazioni verticali cui è soggetto il gruppo ruota/cuscinetto; l'accelerometro 5 serve invece a rilevare vibrazioni orizzontali provocate dagli urti del bordo della ruota contro la rotaia nel movimento di oscillazione del veicolo lungo i binari.
Nell'esempio illustrato in figura 1, sull'inserto di tenuta 2 è montato, in posizione distinta da quella in cui è collocato il corpo sensore 3, un ulteriore corpo sensore complessivamente indicato con 6, che incorpora sensori di movimento, quali ad esempio un sensore per il rilevamento della velocità di rotazione che rileva il passaggio dei poli di una ruota magnetizzata solidale in rotazione all'anello rotante del cuscinetto, ed eventualmente altri sensori di movimento come un sensore di rilevamento del senso di rotazione.
Diversamente da quanto illustrato a titolo di esempio in figura 1, tutti i sensori di cui è provvista la boccola potranno essere incorporati in un unico corpo sensore 3, come illustrato in figura 3. In tale caso l'inserto di tenuta 2 presenterà, in corrispondenza della posizione del corpo sensore 3, un'apertura atta a permettere ai sensori di movimento di affacciarsi alla suddetta ruota magnetizzata .
Nella forma di realizzazione preferita, oltre ai sensori di vibrazione e di movimento è incluso un sensore di temperatura, per segnalare il verificarsi di temperature superiori a quelle di normale funzionamento e che indicano che l'attrito all'interno del cuscinetto supera una predeterminata soglia di ammissibilità.
I segnali generati dai vari sensori vengono trasmessi attraverso un cablaggio 7 ad un connettore multi-pin 8 montato sulla stessa boccola l.
Dal connettore 8, i vari segnali provenienti dai vari sensori vengono trasmessi ad un unità di elaborazione elettronica (non illustrata) montata a bordo del veicolo o del convoglio ferroviario; tale unità analizza i segnali ricevuti ed è dotata di un software predisposto per riconoscere condizioni di funzionamento difettoso, come ad esempio temperature eccessivamente elevate o frequenze di vibrazione anomale associabili a determinati difetti, e, una volta riconosciuto un difetto segnalarne la presenza e la variazione nel tempo.
Quando uno dei segnali relativi ad uno dei parametri monitorati supera un livello di soglia predeterminata, l'unità di elaborazione genera un segnale di allarme che permette di intervenire tempestivamente per eliminare il difetto e ripristinare le condizioni di sicurezza e di funzionamento corretto .
Il monitoraggio dei parametri può essere indifferentemente continuo o periodico, a seconda delle esigenze o della gravità del difetto eventualmente riscontrato.
Secondo una forma di realizzazione alternativa dell'invenzione, illustrata nelle figure 4 e 5, il corpo sensore può avere la forma di un cilindro cavo 9 atto ad essere vincolato per avvitamento in una cavità 10 ricavata direttamente nella boccola 1; una capsula 11 contenente i sensori di cui sopra viene bloccata all'interno del cilindro 9.
Nell'esempio di figura 4, la sede 10 è dimensionata e formata secondo due diametri diversi affinché il corpo sensore, una volta inserito, sia disposto a raso con la superficie esterna 12 della boccola,· nella variante di figura 5 il corpo cilindrico 9 è destinato a sporgere esternamente dalla boccola e si avvita su questa mediante una porzione inferiore filettata 13.
Come si potrà apprezzare, la presente invenzione permette di individuare la precisa collocazione e la natura del difetto, e di distinguere e segnalare distintamente i vari difetti elencati nella parte introduttiva della descrizione. Il software dell'unità di elaborazione elettronica ha la capacità di distinguere se le vibrazioni sono provocate da difetti del gruppo cuscinetto/ruota o se siano semplicemente dovute al transito del veicolo su binari inflessi o su scambi ferroviari.
Il posizionamento dei sensori di vibrazioni sullo schermo del dispositivo di tenuta si è rivelato particolarmente vantaggioso, specialmente per la facilità di lettura dei segnali di vibrazione.
Pur senza volersi vincolare ad alcuna teoria particolare in proposito, la Richiedente ha ragione di credere che l'inserto di tenuta, in virtù della propria struttura rigida e sottile fissata intimamente al cuscinetto, costituisca un percorso ideale per la trasmissione di vibrazioni.
Inoltre, il posizionamento dei sensori sull'inserto di tenuta lascia libero dello spazio all'interno della boccola che può essere eventualmente utilizzato per montare all'interno della boccola un generatore di corrente incorporato per l'alimentazione dell'elettronica che analizza i segnali monitorati. Questa possibilità è particolarmente interessante per l'applicazione su vagoni merci sprovvisti di alimentazione elettrica. I segnali rilevati possono essere trasmessi ad esempio via cavo ad una unità di elaborazione generale situata in posizione remota, ad esempio nella cabina del conducente.
Infine si noterà che i sensori posizionati sull'inserto di tenuta sono accessibili dall'esterno, con conseguente semplificazione delle operazioni di controllo e manutenzione.

Claims (8)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo cuscinetto per un assile ferroviario, del tipo comprendente una boccola di supporto (1) per un cuscinetto, caratterizzato dal fatto di essere provvisto di mezzi sensori (4) per il rilevamento di vibrazioni nella direzione verticale, detti mezzi sensori (4) essendo montati su di un elemento stazionario di supporto (2, 1) rigidamente solidale al cuscinetto, detti mezzi sensori essendo atti ad effettuare un monitoraggio delle condizioni operative del gruppo e a trasmettere ad un'unità di elaborazione elettronica situata a bordo del veicolo o del convoglio ferroviario segnali indicativi del livello di vibrazione rilevato, per cui detta unità è in grado di segnalare in tempo reale la previsione o la presenza di un difetto associato a detto gruppo monitorato.
  2. 2. Gruppo cuscinetto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento stazionario di supporto è un inserto anulare di tenuta (2) in lamiera metallica solidale all'anello esterno stazionario del cuscinetto.
  3. 3 . Gruppo cuscinetto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori (4) sono montati su detto elemento di supporto stazionario (2, 1) in una posizione verticalmente allineata con l'asse di rotazione del cuscinetto.
  4. 4. Gruppo cuscinetto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori (4) sono montati su detto elemento di supporto stazionario (2, 1) in una posizione verticalmente allineata al di sopra dell'asse di rotazione del cuscinetto.
  5. 5. Gruppo cuscinetto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori (4) sono incorporati in un corpo sensore {3, 9) che include inoltre mezzi sensori (5) per il rilevamento di vibrazioni nella direzione orizzontale assiale.
  6. 6. Gruppo cuscinetto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi sensori per il rilevamento della temperatura del cuscinetto.
  7. 7. Gruppo cuscinetto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi sensori per il rilevamento della velocità di rotazione dell'assile e/o per il rilevamento del senso di rotazione dell'assile.
  8. 8. Gruppo cuscinetto secondo le precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che tutti detti mezzi sensori sono alloggiati all'interno di un unico corpo sensore (3).
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