ES2959988T3 - Sistema de monitorización y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de componentes mecánicos y método de operación del mismo - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema (S) de seguimiento y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de componentes mecánicos de un vagón de ferrocarril (R), encargado de la dinámica de conducción, del tipo que comprende un chasis (C), dos ejes ruedas (A), un bastidor de bogie (T) y amortiguación (D1, D2), que comprende: una unidad de control lógico (U) que comprende un programa de procesamiento de señales, al menos una pluralidad de sensores (1), que pueden colocarse en dicho chasis. (C), ejes de ruedas (A), bastidor de bogie (T) y amortiguación (D1, D2), capaces de detectar datos de funcionamiento de dicho vagón de ferrocarril (R) y enviar las señales correspondientes a dicha unidad de control lógico (U), dicha sistema (S) caracterizado porque dicho programa de procesamiento de señales es capaz de procesar dichas señales para extraer datos característicos reales de dichos componentes mecánicos de dicho vagón de ferrocarril (R), comparando dichos datos característicos reales con valores teóricos nominales en tiempo real, emitiendo una señal de alarma si el resultado de dicha comparación está fuera de un rango predeterminado de valores. La presente invención también se refiere a un método de funcionamiento de dicho sistema (S). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de monitorización y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de componentes mecánicos y método de operación del mismo

La presente invención se refiere a un sistema de monitorización y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de componentes mecánicos, en particular de vehículos ferroviarios rodantes.

Más en detalle, la invención se refiere a un sistema del tipo mencionado, diseñado y realizado en particular para monitorizar el estado de desgaste, y realizar el mantenimiento predictivo de los componentes mecánicos que determinan la dinámica del vehículo de un material rodante, en particular de un vehículo ferroviario, pero que puede ser utilizado para cualquier vehículo que incluya componentes mecánicos, para los que se requiera la evaluación del estado de desgaste.

En lo que sigue, la descripción se dirigirá a la monitorización del estado de desgaste de componentes mecánicos de vehículos ferroviarios, pero es evidente que la misma no debe considerarse limitada a este uso específico.

Como es bien sabido, en la actualidad se utilizan diversas metodologías para el mantenimiento de los vehículos. Una de ellas, conocida como “model based”, se basa en la esquematización del modelo real en un modelo matemático mediante ecuaciones diferenciales, de forma que el sistema real y el simulado respondan de la misma forma a las tensiones externas.

Este método permite la evaluación del sistema físico mediante la comparación entre los dos modelos y el análisis de la desviación entre los resultados obtenidos y los esperados, obtenidos a partir de la simulación.

Una desventaja del basado en modelos se debe a que es necesario escribir las ecuaciones diferenciales que mejor aproximen el sistema, ya que un sistema complejo puede tener muchas variables que hacen que el sistema sea altamente no lineal.

Otro modelo, conocido como basado en reglas, se basa en reglas o condiciones, a través de las cuales se describe el funcionamiento del sistema, y requiere un conocimiento profundo del sistema y de sus características de diseño. Este método, aunque conceptualmente sencillo, no resulta trivial en la práctica, ya que proporciona un sistema muy estable y, en el caso de muchas variables y condiciones, las reglas se convierten en demasiadas y no son fáciles de gestionar.

Otro modelo, conocido como basado en casos, se basa en el análisis de las condiciones del sistema con respecto a las cuales se identifica el estado de funcionamiento, supone un gran número de datos acumulados a lo largo del tiempo y relativos a las distintas condiciones de funcionamiento que se procesan y se toman como referencia.

El sistema es útil en el caso en el que los casos mapeados son muchos y cubren todo, o una buena parte del rango de funcionamiento del sistema, este último debe ser estable para poder trabajar con las interpolaciones entre los casos de la base de datos, en otras condiciones que las prescritas, hay que ser prudente en la aplicación del modelo.

Otro modelo, denominado de reconocimiento de patrones, se basa en las tendencias de deterioro consolidadas en el tiempo, representadas mediante gráficos, que reproducen el estado de deterioro de las características controladas y se fija un punto, más allá del cual se debe actuar sustituyendo el componente antes de que la curva llegue al final de la vida útil del componente.

Para aplicar este método, es necesario haber probado y validado las curvas de deterioro mediante experimentos y mediciones precisas en el sistema genérico, ya que los tiempos de mantenimiento se fijan en función del cálculo de la curva.

Es evidente que cada uno de estos modelos y sistemas conocidos presenta desventajas, como se ha descrito con anterioridad.

El estado de la técnica pertinente incluye también las solicitudes de patente DE 102009 053801 A1, EP 3354532 A1, WO 2015/100425 A1 y EP 2913724 A1.

A la luz de lo anterior, es, por lo tanto, objeto de la presente invención proporcionar un sistema para monitorizar la dinámica del vehículo ferroviario, al que se aplica, para detectar el estado de desgaste de los componentes mecánicos, y que sea capaz de aplicar incluso al mismo tiempo al menos los cuatro modelos anteriores, evaluando incluso unos pocos elementos esenciales, con el fin de ser fiable.

Es un objeto adicional de la presente invención permitir la continuidad de las mediciones también en los momentos en los que el sistema de energía principal es incapaz de alimentar directamente el sistema.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar las herramientas necesarias para llevar a cabo el método y los aparatos que llevan a cabo este método.

Según la invención, existe un sistema de monitorización y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de componentes mecánicos de un vagón de ferrocarril, responsable de la dinámica de conducción, del tipo que comprende un chasis, dos ejes de ruedas, un bastidor de bogie y amortiguación, que comprende una unidad de control lógico que comprende un programa de procesamiento de señales, al menos una pluralidad de sensores, que pueden colocarse en dicho chasis, ejes de ruedas, bastidor de bogie y amortiguación, capaz de detectar datos de funcionamiento de dicho vagón de ferrocarril y enviar señales correspondientes a dicha unidad de control lógico, dicho programa de procesamiento de señales es capaz de procesar dichas señales con el fin de extraer datos característicos reales de dichos componentes mecánicos de dicho vagón de ferrocarril, comparando dichos datos característicos reales con valores teóricos nominales en tiempo real, emitiendo una señal de alarma si el resultado de dicha comparación está fuera de un rango predeterminado de valores.

Preferentemente, dicho programa de procesamiento de señales comprende un sistema de ecuaciones diferenciales capaz de calcular un modelo esperado de funcionamiento de dichos componentes mecánicos, a partir de dichos valores nominales, calcular un modelo real de funcionamiento de dichos componentes mecánicos, a partir de dichos datos característicos reales, comparar dicho modelo real con dicho modelo esperado, calcular la desviación entre el modelo real y el modelo esperado, comparar la desviación con un rango predeterminado de valores.

Preferentemente según la invención, dicha pluralidad de sensores comprende acelerómetros, inclinómetros, giroscopios y codificadores.

Preferentemente, dichos datos de operación detectados son vibraciones, acelerometría triaxial, giroscopía triaxial, inclinometría triaxial, velocidad y distancia recorrida por dicho vagón.

Preferentemente, dicho sistema comprende un dispositivo de adquisición de datos capaz de recibir dichas señales detectadas por dicha pluralidad de sensores y digitalizar y convertir dichas señales.

Preferentemente, dicho sistema puede comprender un dispositivo de gestión de mantenimiento predictivo de dicho vagón de ferrocarril, capaz de recibir dicha señal de alarma y activar las operaciones de mantenimiento.

Según la invención, dicho sistema comprende un sistema de recuperación de energía capaz de tomar energía vibracional, y/o acústica, y/o electromagnética, y/o solar, y/o fotovoltaica, y/o eólica y/o microeólica y convertirla en energía eléctrica.

Es objeto además de la presente invención un método de operación de un sistema de monitorización y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de componentes mecánicos de un vagón de ferrocarril, del tipo que comprende un chasis, dos ejes-ruedas, un bastidor de bogie y amortiguadores, que comprende los siguientes pasos: a. detección de los datos de funcionamiento de dicho vagón y envío de las señales correspondientes a dicha unidad de control lógico;

b. realizar un preprocesado de dichas señales, como digitalización y conversión;

c. procesamiento de dichas señales para extraer datos característicos reales de dichos componentes mecánicos de dicho vagón de ferrocarril;

d. comparar dichos datos característicos reales con los valores nominales de dichos componentes mecánicos, en tiempo real;

e. comprobar si el resultado de dicha comparación se encuentra dentro de un rango de valores predeterminado; f. emitir una señal de alarma si el resultado de dicha comparación está fuera de dicho rango predeterminado de valores;

g. almacenar dichas señales preprocesadas y dichos datos comparados en dicho paso d.

9. Método de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado en que dicho método comprende la etapa siguiente:

h. estimar el intervalo de tiempo en el que el componente mecánico monitorizado puede pasar por una condición anómala, con el fin de gestionar las actividades de mantenimiento predictivo relacionadas con el mismo.

Además, dicho método puede comprender preferentemente la siguiente etapa:

h. estimar el intervalo de tiempo en el que el componente mecánico monitorizado puede pasar por una condición de anomalía, con el fin de gestionar las actividades de mantenimiento predictivo relacionadas con el mismo.

La presente invención se describirá ahora, con fines ilustrativos pero no limitativos, según su preferido realización, haciendo especial referencia a las figuras de las dibujos adjuntas, en las que:

la figura 1 muestra un diagrama de bloques del sistema de monitorización y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de los componentes mecánicos, objeto de la presente invención;

la figura 2 muestra una vista esquemática de la instalación del sistema objeto de la presente invención, sobre un vehículo;

la figura 3 muestra una vista esquemática del vehículo;

la figura 4 muestra una vista superior de los componentes del vehículo de la figura 3, sobre los que se instala el sistema;

la figura 5 muestra una vista esquemática de una parte del vehículo de la figura 3;

la figura 6 muestra un diagrama de bloques del método de funcionamiento del sistema objeto de la presente invención;

la figura 7 muestra una vista esquemática superior de los componentes mostrados en la figura 4;

la figura 8 muestra una vista esquemática de una parte de los componentes mostrados en la figura 7; y

la figura 9 muestra un diagrama de flujo del método de funcionamiento del sistema objeto de la presente invención. En las diversas figuras, las partes similares se indicarán con los mismos números de referencia.

Con referencia a las figuras 2, 3, 4, 5 y 7, se describe en primer lugar la estructura de un vagón de ferrocarril R, en el que está instalado dicho sistema.

Un vagón de ferrocarril R consta generalmente de siete masas, un chasis, dos bastidores de bogie y cuatro ruedaseje o ejes.

El chasis C es la envoltura exterior del vagón R, que contiene cosas y/o personas.

Cada masa está acoplada a las demás mediante amortiguadores con una amortiguación y/o rigidez adecuadas. Las ruedas-ejes A están conectadas al bastidor del bogie T mediante la amortiguación primaria D1, mientras que el bastidor del bogie T está conectado al chasis C mediante la amortiguación secundaria D2.

El bastidor del bogie T es la columna vertebral del vagón de ferrocarril R y consta de dos largueros conectados por travesaños.

Los ejes de las ruedas A descansan con las ruedas sobre la vía férrea.

Con referencia a la figura 1, el sistema S de monitorización y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de los componentes mecánicos, objeto de la presente invención, comprende esencialmente una pluralidad de sensores 1, un dispositivo de adquisición de datos 2, una unidad de control lógico U, y un dispositivo de gestión del mantenimiento 3.

El sistema S está alimentado por otro sistema de recuperación de energía SE, como se describirá en detalle más adelante.

El sistema S es capaz de supervisar el estado de desgaste de los componentes que influyen en la dinámica del vehículo de un vagón de ferrocarril R y predecir la necesidad de sustituir un componente.

Mediante el análisis del movimiento y de cómo este se ve influido por el estado de un componente, el sistema S reconoce qué componente y en qué medida se está desgastando, con el fin de intervenir rápidamente en la sustitución o el mantenimiento de este último o no intervenir en absoluto si, a pesar del final de la vida útil teórica del componente, éste se encuentra todavía en buen estado.

Dicha pluralidad de sensores 1 se instala en dicho vagón R.

En particular, se instalan cuatro sensores en los cuatro bujes, a saber, un primer sensor 11 en un primer buje, un segundo sensor 12 en un segundo buje, un tercer sensor 13 en un tercer buje y un cuarto sensor 14 en un cuarto buje.

Otros dos sensores están instalados en la línea central de los ejes de las ruedas A, en particular un quinto sensor 15 en un eje de las ruedas A, y un sexto sensor 16 en otro eje de las ruedas A.

Un séptimo sensor 17 está instalado en el chasis C.

Dicha pluralidad de sensores 1 comprende acelerómetros, inclinómetros, giroscopios y un codificador, y es capaz de detectar señales tales como vibraciones, acelerometría triaxial, giroscopía triaxial, inclinometría triaxial, velocidad y distancia recorrida.

En particular, se detectan: aceleración, velocidad, desplazamientos a lo largo de los ejes X, Y, Z, medidos en el centro de gravedad de las ruedas-eje A, del bastidor del bogie T y del chasis C.

En particular, el primer eje X es el sentido de marcha del vagón R a lo largo de las vías, con una dirección concordante con el avance, el segundo eje Y es perpendicular a las vías, por tanto a dicho primer eje X, el tercer eje Z es ortogonal al plano que pasa por dichos primer eje X y segundo eje Y, de forma que forman una tríada de la izquierda.

La velocidad y los desplazamientos se calculan integrando la aceleración y filtrando para eliminar errores.

También se mide la giroscopia en rad/s alrededor de los ejes de rotación en torno al centro de gravedad del conjunto de ruedas, el bastidor del bogie T y la carrocería y la velocidad del vagón R en m/s.

Las señales son impulsos o cambios de tensión.

Dicho dispositivo de adquisición de datos 2 es un microcontrolador o una tarjeta de adquisición, capaz de recibir las señales detectadas por dicha pluralidad de sensores 1 y de digitalizar y convertir dichas señales.

Dicha unidad lógica de control U es capaz de recibir dichas señales digitalizadas y convertidas desde dicho dispositivo de adquisición de datos 2.

Dicha unidad lógica de control U es capaz de procesar dichas señales mediante un modelo de referencia basado en las ecuaciones diferenciales que definen el comportamiento físico y dinámico relativo del modelo, como se describirá en detalle más adelante.

Dicho dispositivo de gestión de mantenimiento 3 comprende esencialmente un servidor de mantenimiento remoto y/o un mantenimiento en la nube, para consulta remota, un programa o aplicación de mantenimiento que puede ser utilizado en dispositivos remotos como smartphones, y una interfaz de operador para la ejecución asistida de la intervención de mantenimiento.

Dicho sistema S también está alimentado por otro sistema de recuperación de energía SE de tipo energético, y/o vibracional, y/o acústico, y/o electromagnético, y/o solar, y/o fotovoltaico, y/o eólico, y/o microeólico, como se describe a continuación.

En lo que respecta a la energía térmica, la energía producida o dispersada en forma de calor por el motor y/o por los elementos calefactores o por la generación de calor por fricción y/o dispersión térmica, se transforma en energía eléctrica y se almacena para alimentar la electrónica del sistema S.

En cuanto a la energía vibracional o dinámica, la energía mecánica que puede utilizarse durante el movimiento del vagón R puede aprovecharse para transformarla en energía eléctrica que, una vez acumulada, puede utilizarse para alimentar los dispositivos electrónicos del sistema S.

En cuanto a la energía acústica o electromagnética, la energía relacionada con la contaminación acústica y electromagnética presente a bordo del tren puede ser convenientemente transformada en energía eléctrica que, una vez acumulada, puede ser utilizada para la alimentación de los dispositivos electrónicos de dicho sistema S.

En cuanto a la energía solar, solar-fotovoltaica, eólica, microeólica, de todas estas fuentes es posible recuperar tanto cuando el tren está parado, mediante fuentes solares, como cuando el tren está en movimiento, mediante fuentes eólicas, la energía que, convenientemente transformada en energía eléctrica, puede ser convenientemente acumulada y utilizada para alimentar los dispositivos electrónicos del sistema S.

La energía se acumula mediante el uso de una batería, o en algunos casos mediante al menos un supercondensador, y luego se distribuye a todos los dispositivos electrónicos del sistema S.

Esto permite una continuidad a las mediciones también en los momentos en los que el sistema de energía principal, llamado "energy harvesting", es incapaz de alimentar directamente el sistema S.

El funcionamiento del sistema S de monitorización y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de los componentes mecánicos descrito anteriormente es el siguiente.

En un primer paso, dicha pluralidad de sensores 1 adquiere las señales descritas anteriormente.

En un segundo paso, dichas señales son preprocesadas por dicho dispositivo de adquisición de datos 2.

En este paso se eliminan los errores debidos a la instalación imperfecta de los sensores 1 o a los límites de instalación, como por ejemplo considerar la excentricidad respecto al centro de gravedad, o aplicar el teorema del transporte para transferir una fuerza calculada a un punto distinto del óptimo porque la instalación del sensor 1 era imposible, por falta de espacio o porque era físicamente imposible, por ejemplo si el centro de gravedad está dentro del eje de ruedas, y por último, eliminación de ruidos y perturbaciones, mediante filtros digitales o coeficientes de corrección.

Los datos son: aceleración, velocidad y desplazamientos a lo largo de dichos ejes primero X, segundo Y y tercero Z, medidos en el centro de gravedad de las ruedas-eje A, del bastidor del bogie T y del chasis C, giroscopia en rad/s alrededor de los ejes de rotación alrededor del centro de gravedad juego de ruedas, bastidor del bogie T y chasis C, velocidad del vehículo en m/s.

La velocidad y los desplazamientos no son parámetros medidos directamente, sino que se calculan a partir de la integración de la aceleración y se filtran para compensar posibles errores.

Los datos se almacenan para un determinado instante de tiempo o espacio por lo que la integración realizada para obtener los desplazamientos puede tener lugar de dos formas distintas, en función de la forma de adquisición adoptada, por ejemplo adquisición basada en el tiempo o adquisición basada en la distancia recorrida desde el vagón R.

Para la adquisición basada en el tiempo, los datos se recogen a intervalos constantes, por ejemplo cada 8 milisegundos, mientras que en base a la distancia recorrida el tiempo no es constante, y los desplazamientos se obtienen integrando cada vez respecto al valor del tiempo resultante del desplazamiento, por ejemplo cada cm se adquiere el instante de tiempo, que por tanto puede variar en función de la velocidad a la que se desplaza para que la integración se produzca con un valor obtenido indirectamente.

Este paso de adquisición temporal también se explora espacialmente mediante el codificador y un reloj, en caso de que se desee un tiempo absoluto o bien el tiempo puede ser adquirido por el sistema S de forma relativa, reseteando el temporizador en el arranque.

Los datos de desplazamiento son de dos tipos.

Los desplazamientos introducidos en los datos de entrada son los microdesplazamientos relativos calculados entre un instante de tiempo y otro de las partes del vagón R, que deben distinguirse de los datos de desplazamiento de todo el vagón R.

En un tercer paso, los datos así procesados se envían a dicha unidad de control lógico U, que comprende un programa de procesamiento.

Este programa de procesamiento se basa en un modelo de ecuaciones diferenciales que describe exactamente la dinámica del vagón de ferrocarril R.

Para generar un modelo es necesario establecer un conjunto de ecuaciones diferenciales que definan el modelo físico y el comportamiento dinámico relativo.

Se procede midiendo las aceleraciones, que luego se utilizarán como entrada en el sistema de ecuaciones diferenciales inversas, mientras que a la salida están las características de los componentes.

Para validar el modelo, se comprueba que los parámetros nominales del modelo determinados por el enfoque basado en reglas coinciden con los obtenidos de la inversión.

Si las características mecánicas detectadas a la salida del sistema coinciden con las nominales, entonces el vagón R tiene componentes que siguen funcionando, en el caso en que el sistema devuelva valores fuera de rango, donde los rangos están predeterminados inicialmente, entonces será necesario sustituir, o mantener el componente ya que sus características mecánicas se están deteriorando.

Se procede por pasos, al principio se realizan algunas elaboraciones en lazo cerrado para determinar los parámetros que caracterizan las ecuaciones diferenciales, y que dan lugar al modelo óptimo de referencia, así como para verificar la validez de las ecuaciones diferenciales y su inversión, es decir, tomadas las características nominales, se resuelve el sistema directo de ecuaciones, con la determinación de los parámetros característicos utilizando el enfoque Basado en Reglas, y se evalúan los valores de salida, comprobando que son resultados aceptables, o si es posible se pueden comparar los resultados teóricos producidos por el modelo óptimo directamente con los datos reales medidos por el sistema.

A continuación, se procede a la inversión del sistema, tomando como entrada los valores de salida del sistema directo e insertándolos en el sistema inverso, es necesario obtener las entradas de partida a la salida.

Esto permite verificar las ecuaciones diferenciales que describen el sistema y posteriormente es posible insertarlas en un modelo de lazo abierto, el cual, midiendo los valores reales de la dinámica del vagón R, tales como aceleración, giroscopía, velocidad, retorna a través del procesamiento concurrente en las características de los componentes en tiempo real.

Por lo tanto, la diferencia entre el comportamiento real del sistema y el esperado determinado a través del modelo óptimo se analiza en tiempo real, como se muestra en la figura 6, y se define el umbral de desprendimiento, más allá del cual intervenir con una intervención directa de mantenimiento, en condiciones.

También es posible estimar el tiempo de vida remanente del componente físico, es decir, realizar una predicción, basando este resultado mediante una aproximación en un "patrón" de degradación, obtenido a partir de la diferencia en el tiempo entre el comportamiento teórico del sistema obtenido a partir del modelo óptimo, y el comportamiento real medido del sistema, como se indica en la figura 6, donde el elemento de procesamiento de soporte a la decisión (DSS) estima este tiempo.

A partir de los datos a controlar, estas ecuaciones se invierten en función del parámetro, tras lo cual se resuelve el sistema introduciendo los datos de entrada, en particular los desplazamientos y la velocidad del vagón R.

Al mismo tiempo, los resultados de la simulación se comparan con la solución de las ecuaciones en las que se han introducido los desplazamientos que debería haber tenido el vagón R en condiciones ideales.

Las ecuaciones diferenciales se han escrito considerando el sistema de referencia X, Y, Z descrito anteriormente. Los símbolos utilizados en las ecuaciones se muestran a continuación:

1) yw1: desplazamiento transversal del eje delantero;

2) ^Yw1: Rotación alrededor del eje vertical del eje delantero;

3) yw2: desplazamiento transversal del soporte superior;

4) ^Yw2: Rotación alrededor del eje vertical del eje trasero;

5) yb: Desplazamiento transversal del bastidor del bogie T;

6) ^Tb: Rotación alrededor del eje vertical del bastidor del bogie T;

7) yb,: Desplazamiento transversal del chasis C.

La si i n l m r l r m r l m l r r l r r l i n if r n i l

Estas constantes pueden variar según las ecuaciones dinámicas utilizadas ya que cada vagón R tiene su propia dinámica, algunas constantes pueden faltar, por ejemplo si falta un amortiguamiento, este valor es cero. Las ecuaciones dinámicas generales, que se aplican a cualquier vagón de ferrocarril R, se muestran a continuación, y pueden modificarse de vez en cuando para cualquier otro vagón de ferrocarril R, cambiando los valores que caracterizan el vagón de ferrocarril R considerado, es decir, rigideces, masas, amortiguamientos y similares.

A partir de este modelo es posible obtener las distintas personalizaciones, a modo de ejemplo se muestra la aplicación sobre un medio sin amortiguamiento secundario D2, el sistema de ecuación pasa a ser:

Además de los parámetros que faltan, los valores de las características mecánicas de los componentes también cambian y, en particular, el sistema de ecuaciones diferenciales se simplifica y es posible invertir las ecuaciones y encontrar los parámetros a comparar con los valores objetivo, las inversiones del sistema de ecuaciones diferenciales se muestran a continuación:

En una cuarta etapa, se valida la simulación.

Se comparan las dos simulaciones en valor absoluto, la diferencia de los valores instante a instante o el "delta", es decir la desviación, si el delta de las dos simulaciones es bajo, significa que la diferencia entre el sistema real y el ideal o esperado es mínima, el sistema se comporta correctamente y no hay anomalías respecto a ese parámetro, en caso contrario, si el delta de las dos simulaciones es alto, la diferencia indica que hay una anomalía en ese parámetro, también es posible determinar la magnitud de la variación.

Los resultados del modelo son, por lo tanto:

- valor del parámetro invertido;

- delta o desviación de las simulaciones.

Es posible evaluar cualquier parámetro contenido en las ecuaciones, si son invertibles, algunos de ellos son:

- ángulo gamma (conicidad);

- rigidez de los muelles (k);

- amortiguación (r);

- radio de la rueda;

- reducción de la amortiguación.

A partir de ellos pueden evaluarse indirectamente otros parámetros, como:

- desgaste de la rueda;

- desgaste de la brida.

También en este caso los datos de salida se almacenan en memoria junto con las demás adquisiciones.

Cuando la entidad de la anomalía supera un determinado umbral, se activa una alerta que envía una señal a dicho dispositivo de gestión de mantenimiento 3.

Dicho dispositivo de gestión de mantenimiento 3 es capaz de enviar una señal de alarma para activar el mantenimiento.

En particular, se realiza una reserva al almacén de las piezas de recambio necesarias para la intervención de mantenimiento, de lo contrario se gestiona el procedimiento de compra automatizada, se fija una hora para realizar la intervención de mantenimiento, el personal de mantenimiento cualificado/certificado para realizar la intervención de mantenimiento, se reservan los equipos necesarios para la intervención de mantenimiento, y se utilizan herramientas de realidad aumentada para proporcionar apoyo a la ejecución de la intervención.

Como se desprende de la descripción anterior, las ventajas del sistema objeto de la presente invención son muchas, por ejemplo, la proximidad del procesamiento a la fuente generadora de datos, ya que se realiza directamente a bordo del vagón de ferrocarril R, la transmisión de sólo la información relacionada con la 'anomalía detectada, con la enorme reducción de la cantidad de datos que deben transmitirse a dispositivos de almacenamiento y procesamiento remotos, tiempos reducidos de detección de anomalías, alerta temprana inmediata, gracias al procesamiento concurrente/en tiempo real, durante la marcha del material rodante, con comunicación directa al gestor de mantenimiento, sin pasar por las actuales etapas intermedias, de elaboración y operativas/gestión, adicionales, la predicción del estado de avería de los equipos, la correlación automática de las anomalías detectadas directamente a la intervención de mantenimiento, sin más etapas operativas/gestión adicionales, la correlación automática de las anomalías detectadas a bordo del tren debidas a cualquier causa dependiente/inducida por el estado de la infraestructura, la gestión de la información relativa a las averías para la validación de los parámetros. Esto permite la reducción del tiempo de parada de la máquina, la optimización de los stocks de almacén y de la gestión del personal de mantenimiento y la reducción de los costes de gestión del mantenimiento, debido a las intervenciones realizadas después de la aparición de la condición de avería.

La presente invención se ha descrito con fines ilustrativos pero no limitativos, según sus realizaciones preferidas, pero debe entenderse que los expertos en la materia pueden introducir modificaciones y/o cambios sin apartarse del alcance pertinente definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Sistema (S) de monitorización y mantenimiento predictivo del estado de desgaste de los componentes mecánicos de un vagón de ferrocarril (R), responsable de la dinámica de conducción, del tipo que comprende un chasis (C), dos ejes de ruedas (A), un bastidor de bogie (T) y amortiguadores (D1, D2), que comprende:

una unidad de control lógico (U) que comprende un programa de procesamiento de señales;

al menos una pluralidad de sensores (1), que pueden colocarse en dicho chasis (C), ejes de ruedas (A), bastidor de bogie (T) y amortiguador (D1, D2), capaces de detectar datos de funcionamiento de dicho vagón de ferrocarril (R) y enviar las señales correspondientes a dicha unidad de control lógico (U), por lo que dicho programa de procesamiento de señales es capaz de procesar dichas señales para extraer datos característicos reales de dichos componentes mecánicos de dicho vagón de ferrocarril (R),

comparar dichos datos característicos reales con valores teóricos nominales en tiempo real;

emitir una señal de alarma si el resultado de dicha comparación está fuera de un rango predeterminado de valores, y por el que comprende un sistema de recuperación de energía capaz de tomar energía vibracional, y/o acústica, y/o electromagnética, y/o solar, y/o fotovoltaica, y/o eólica y/o microeólica y convertirla en energía eléctrica.

2. Sistema (S) de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque dicho programa de procesamiento de señales comprende un sistema de ecuaciones diferenciales capaz de

calcular un modelo esperado de funcionamiento de dichos componentes mecánicos, a partir de dichos valores nominales,

calcular un modelo real de funcionamiento de dichos componentes mecánicos, a partir de dichos datos característicos reales,

comparar dicho modelo real con dicho modelo esperado,

calcular la desviación entre el modelo real y el modelo esperado,

comparar la desviación con un rango predeterminado de valores.

3. Sistema (S) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha pluralidad de sensores (1) comprende acelerómetros, inclinómetros, giroscopios y codificadores.

4. Sistema (S) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos datos de funcionamiento detectados son vibraciones, acelerometría triaxial, giroscopía triaxial, inclinometría triaxial, velocidad y distancia recorrida por dicho vagón de ferrocarril (R).

5. Sistema (S) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un dispositivo de adquisición de datos (2) capaz de recibir dichas señales detectadas por dicha pluralidad de sensores (1) y digitalizar y convertir dichas señales.

6. Sistema (S) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por comprender un dispositivo de gestión de mantenimiento predictivo (3) de dicho vagón de ferrocarril (R), capaz de recibir dicha señal de alarma y activar operaciones de mantenimiento.

7. Método de operación de un sistema (S) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, del tipo que comprende un chasis (C), dos ejes de ruedas (A), un bastidor de bogie (T) y amortiguadores (D1, d2), que comprende los siguientes pasos:

a. detectar los datos de funcionamiento de dicho vagón de ferrocarril (R) y enviar las señales correspondientes a dicha unidad de control lógico (U);

b. realizar un preprocesado de dichas señales, como digitalización y conversión;

c. procesar dichas señales para extraer datos característicos reales de dichos componentes mecánicos de dicho vagón de ferrocarril (R);

d. comparar dichos datos característicos reales con los valores nominales de dichos componentes mecánicos, en tiempo real;

e. comprobar si el resultado de dicha comparación se encuentra dentro de un rango de valores predeterminado; f. emitir una señal de alarma si el resultado de dicha comparación está fuera de dicho rango predeterminado de valores;

g. almacenar las señales preprocesadas y los datos comparados en dicho paso d;

i: convertir la energía vibracional, y/o acústica, y/o electromagnética, y/o solar, y/o fotovoltaica, y/o eólica y/o microeólica en energía eléctrica

8. Método de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende el paso siguiente:

h. estimar el intervalo de tiempo en el que el componente mecánico monitorizado puede pasar por una condición anómala, con el fin de gestionar las actividades de mantenimiento predictivo relacionadas con el mismo.