ITRM20130404A1 - Metodo per la diagnosi di funzionamento di un deviatoio ferroviario, e relativo sistema di diagnosi. - Google Patents

Description

Barzanò & Zanardo

1

Metodo per la diagnosi di funzionamento di un deviatoio ferroviario, e relativo sistema di diagnosi

A nome: Tecnologie Meccaniche S.r.l., Tesys S.p.A., Deltatech di Fondriest Ivan Giovanni

Inventori: Gianfranco TINTI, Gianni FONDRIEST, Erino CRESTINI

La presente invenzione riguarda un metodo per la diagnosi di funzionamento di un deviatoio ferroviario, e relativo sistema di diagnosi.

Più precisamente, la presente invenzione riguarda un perno diagnostico pensato per sostituire gli attuali perni utilizzati per collegare i tiranti delle casse di manovra da deviatoio ferroviario, con la tiranteria esterna collegata agli aghi dello scambio. Il metodo dell'invenzione permette la diagnosi del deviatoio ferroviario in particolare utilizzando il perno dell'invenzione .

Facendo riferimento alla figura 1, gli attuali perni FS 10 servono a collegare i tiranti delle casse di manovra 600 da deviatoio 1000, tipo P80 ed L90, con la tiranteria esterna 300 collegata agli aghi (accosto 200 e discosto 400) dello scambio.

Tali perni 10, uno per ogni ago, sono direttamente sottoposti ai carichi esercitati o dal treno o dalle fasi di funzionamento delle casse di manovra da deviatoio.

In particolare, facendo riferimento alle figure 1 e 7, in condizioni di manutenzione standard, cioè di

AP/A- 17465 regolazione ottimale della tiranteria collegata agli aghi del deviatoio la forza applicata tra il tirante 500 della cassa di manovra e il tirante 300 collegato all'ago del deviatoio è prossima allo zero; questa regolazione deve essere eseguita normalmente due volte all'anno Estate /Inverno per tener conto della temperatura d'esercizio e si effettua aggiungendo o sottraendo spessori da un millimetro tra la zampa 250 del tirante collegato all'ago 200 e l'ago stesso.

In teoria a 10° in inverno e a 30° in estate la forza applicata tra il tirante 500 della cassa di manovra e il tirante 300 collegato all'ago del deviatoio deve risultare prossima allo zero.

Sono noti i documenti EP0709661 e W02004/031712 che riguardano generici sistemi diagnostici del tipo sopra descritto.

E' noto inoltre .il documento W002090166 che descrive un sistema per monitorare condizioni di un'installazione ferroviaria. Il sistema comprende una pluralità di sensori associati ad elementi dell'installazione per il monitoraggio dei parametri indicativi della capacità operativa dell'impianto. Il sistema comprende mezzi per l'elaborazione dei parametri monitorati per determinare se i parametri cambiano rispetto a valori di riferimento e per determinare se i cambiamenti sono indicativi di un aumentato rischio di malfunzionamento dell'impianto.

E' scopo della presente invenzione un perno diagnostico che abbia capacità diagnostiche delle tensioni che esso sperimenta e risulti resistente a tali tensioni durante le varie fasi di trazione.

E' ulteriore scopo specifico della presente invenzione un sistema diagnostico che faccia uso del perno scopo della presente invenzione.

E' ulteriore scopo specifico della presente invenzione un deviatoio ferroviario con il sistema diagnostico scopo dell'invenzione.

Inoltre, la regolazione di cui sopra ha variazioni sensibili tra estate ed inverno perché l'allungamento o l'accorciamento dell'ago, che ha una sezione triangolare a contatto del contrago che è rettangolare, provoca l'aumento o la diminuzione della trazione sul tirante dell'ago e quindi un aumento della forza letta dal perno diagnostico poiché il tirante della cassa di manovra è bloccato dal meccanismo interno (fermascambiato).

Pertanto nel caso in cui la tiranteria non fosse regolata a dovere (Estate/Inverno) e la forza agente tra il tirante della cassa di manovra e il tirante collegato all'ago del deviatoio sia superiore alla soglia di manovra tollerata dalla cassa di manovra, e la cabina di comando FS comandasse la manovra elettrica del deviatoio, avverrebbe che il controllo elettrico di posizione non potrebbe essere acquisito (la forza di trascinamento della cassa di manovra non sarebbe sufficiente a vincere l'incastramento) e quindi lo scambio dovrebbe essere bloccato perché esso, senza controllo elettrico di posizione, non sarebbe più percorribile dal treno.

E' quindi ulteriore scopo dell'invenzione quello di fornire un metodo per la diagnosi di funzionamento di un deviatoio ferroviario che risolva i problemi e superi gli inconvenienti derivanti dall'uso del perno diagnostico scopo dell'invenzione.

E' oggetto della presente invenzione un metodo per la diagnosi di funzionamento di un deviatoio ferroviario comprendente l'utilizzo di perni di manovra comprensivi di estensimetri per la misurazione delle tensioni a cui sono soggetti, il metodo essendo caratterizzato dal fatto di eseguire le seguente fasi: FI. Misurare le tensioni su almeno uno di detti perni al variare della temperatura del deviatoio ferroviario in una pluralità di deviatoi ferroviari per un tempo predeterminato e per condizioni meccaniche identiche dei deviatoi;

F2 . Tracciare una curva delle tensioni sui perni in funzione della temperatura sulla base dei dati rilevati nella fase FI;

F3 . Ritracciare teoricamente la curva della fase F2 per un deviatoio . ferroviario specifico avente corrispondenti condizioni meccaniche specifiche, sulla base della curva di F2 e di funzioni matematiche ;

F4. Misurare in continuo la temperatura T0del deviatoio ferroviario specifico;

F5. Determinare in continuo la temperatura Tbpiù vicina alla temperatura T0per la quale si avrebbe un blocco del deviatoio;

F6. Se il valore assoluto di T0- Tbè minore di un valore si soglia ΠΤΒ, generare una segnalazione di anomalia .

Preferibilmente secondo l'invenzione, successivamente ad una taratura meccanica del deviatoio ferroviario, vengono effettuate di nuovo le fasi da F3 a F6.

Preferibilmente secondo l'invenzione, il deviatoio ferroviario comprende due tiranti che possono essere in fuori o in dentro, caratterizzato dal fatto che la fase FI viene effettuata misurando le tensioni su uno dei tiranti quando è in dentro.

E' ulteriore oggetto specifico della presente invenzione un sistema di diagnosi di funzionamento di un deviatoio ferroviario, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema diagnostico per manovre elettriche integrato in un deviatoio ferroviario, il deviatoio ferroviario comprendendo aghi di scambio e uno o più perni di manovra, ciascun perno connettendo a cerniera una prima estremità di un tirante di manovra interno ad una cassa di manovra elettrica ed una seconda estremità di un tirante di manovra esterno connesso a detti aghi di scambio, il sistema diagnostico comprendendo detti uno o più perni di manovra e:

- ciascuno di detti uno o più perni di manovra comprende uno o più sensori alloggiati in apposite sedi posizionate in modo che detta prima e detta seconda estremità agiscano contemporaneamente su ciascuno di detto uno o più sensori su sue rispettive porzioni complementari contigue nella direzione dell'asse del perno;

I

- ciascuno di detti uno o più perni di manovra è connesso ad una rispettiva scheda logica di acquisizione per l'acquisizione delle misure di sensore alloggiata in una rispettiva scatola stagna;

- detti uno o più sensori comprendono cablaggi per rilevare il segnale di misura e portarlo a detta una rispettiva scheda logica di acquisizione e successivamente a una interfaccia per la trasmissione delle misure ad una centrale diagnostica;in detta rispettiva scatola stagna è ulteriormente alloggiato un accelerometro, connesso a detta rispettiva scheda logica di acquisizione ;

il sistema essendo ulteriormente caratterizzato dal fatto di comprendere un elaboratore elettronico dotato di mezzi per l'esecuzione delle fasi F3, F5 e F6 del metodo secondo l'invenzione.

Preferibilmente secondo l'invenzione, in una delle sedi, è alloggiato un sensore di temperatura, connesso a detta rispettiva scheda logica di acquisizione, la temperatura T0essendo misurata da detto sensore di temperatura .

Preferibilmente secondo l'invenzione, detti uno o più sensori sono quattro estensimetri a formare un ponte estensimetrico.

Preferibilmente secondo l'invenzione, detta interfaccia comprende un modem, in particolare un modem ad onde convogliate, atto ad inviare dati di misura a detta centrale diagnostica.

Preferibilmente secondo l'invenzione, in ciascuna scatola stagna è alloggiata detta rispettiva scheda logica di acquisizione con inclusa una scheda di memoria, per la trasmissione dei dati, nella scatola stagna trovandosi ulteriormente uno o più raccordi stagni, per il collegamento con detti cablaggi.

Preferibilmente secondo l'invenzione, ciascun perno di manovra comprende quattro sensori in sedi ricavate nel perno e allineate a due a due lungo un asse trasversale all'asse del perno, e quindi a due a due lungo due rispettivi assi paralleli all'asse del perno, tra due sedi lungo detti rispettivi assi paralleli all'asse del perno essendo ricavata una scanalatura per cablaggi di connessione tra sensori.

Preferibilmente secondo l'invenzione, il sistema comprende due perni di manovra, un perno master ed un perno slave connessi da opportuno cablaggio elettrico, unicamente il perno master essendo collegato a detta interfaccia, la quale in particolare comprende una cassetta di alimentazione della interfaccia e di una scheda logica di acquisizione.

L'invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, con particolare riferimento ai disegni delle figure allegate, in cui:

- la figura 1 mostra un deviatoio ferroviario secondo la tecnica nota;

- la figura 2 mostra una forma di realizzazione del sistema diagnostico secondo l'invenzione;

- la figura 3 mostra una vista prospettica (a) ed una vista dall'alto (b) del perno diagnostico secondo l'invenzione;

- la figura 4 mostra una vista esplosa del perno secondo l'invenzione con la scatola in cui è montato;

- la figura 5 mostra uno schema a blocchi dei componenti elettronici del perno secondo una forma realizzativa dell'invenzione;

- la figura 6 mostra uno schema a blocchi generale del sistema secondo l'invenzione, in una sua forma realizzativa;

- la figura 7 mostra l'assemblaggio tra Tirante di manovra esterno, Perno e Tirante di manovra interno cassa;

- la figura 8 mostra una sezione del dispositivo di figura 7, con le direzioni delle forze applicate; - la figura 9 mostra un grafico con le letture del perno dell'ago interessato dalla forza applicata dalla ruota del treno (linea con triangoli) o dalla cassa di manovra (linea con quadratini) e le letture dell'ago non interessato (linea senza simbolo e linea con cerchietti);

- la figura 10 mostra un grafico con l'andamento rilevato della forza in funzione della temperatura del deviatoio.

Per la progettazione del sistema diagnostico secondo l'invenzione è stata presa in esame, come documento primario, la specifica tecnica di fornitura IS 201 per le manovre elettriche da deviatoio tipo P80/L90 che individua il campo funzionale dei parametri fondamentali dell'apparecchiatura. E' stata inoltre presa a riferimento la Norma Tecnica IS 334, specifica per le tiranterie FS e quindi relativa ai perni attualmente utilizzati per collegare le manovre elettriche da deviatoio alle tiranterie di manovra e controllo .

Il sistema diagnostico per manovre elettriche da deviatoio (vedi fig. 2) secondo l'invenzione è un sofisticato strumento 100 di misura costituito da un perno 10 che in una forma realizzativa funziona come perno di manovra master ed è associato ad una scatola master (con cui forma una unità perno di manovra master) , un perno 10 che funziona come perno di manovra slave ed è associato ad una scatola slave (con cui forma una unità perno di manovra slave), un contenitore delle alimentazioni dove sono alloggiati modem per la trasmissione dei dati 40 ed un alimentatore 30. Sono presenti cavi inguanati di collegamento perni di manovra 50 e di collegamento alimentazione 60.

Il sistema diagnostico per manovre elettriche da deviatoio secondo l'invenzione si basa essenzialmente sulla lettura dei dati rilevati dai due perni diagnostici; le informazioni dai sensori dei perni sono inviate alle schede elettroniche poste nelle teste logiche dei perni. La scheda elettronica del perno master a sua volta invia i dati ad un centro di raccolta dati tramite un modem ad onde convogliate. Al centro di raccolta dati vengono segnalate normalmente solo le anomalie riscontrate durante le acquisizioni delle misure.

Facendo riferimento alle figure 3 e 4, l'unità perno di manovra master comprende un perno 10 montato in una scatola stagna 70 dove è alloggiato un accelerometro, una logica di acquisizione dei dati, una scheda di memoria e una logica necessaria, complessivamente indicati con il riferimento 71, per la trasmissione dei dati al modem ad onde convogliate; nella parte inferiore della scatola si trovano due raccordi stagni PMA 72 e 73, uno per il collegamento con la cassetta di alimentazione ed uno per il collegamento con l'unità perno di manovra slave.

L'elemento perno 10 è raffigurato nella figura 3, ed è in particolare realizzato in C40 bonificato che ricalca fedelmente le dimensioni del perno attualmente utilizzato nella tiranteria FS; il perno è strumentato per rilevare i carichi che agiscono tra il tirante di manovra della cassa di manovra e la forcella del tirante di manovra della tiranteria collegata ad un ago del deviatoio.

Nel perno 10 (figura 3 (a)) è alloggiato un ponte estensimetrico. Si tratta di un ponte di Wheatstone, che misura variazioni di corrente tra i due rami per deformazione elastica delle resistenze incollate al perno (non mostrate). Le resistenze sono alloggiate, sul lato visibile in figura, nelle sedi 12a e 12b (due sedi identiche sono sul lato opposto non mostrato). Il ponte serve per la misura delle forze longitudinali. La scanalatura 11 tra le due sedi 12a e 12b serve al passaggio dei fili elettrici di collegamento del ponte estensimetrico alla scheda elettronica (si veda la figura 4). Questi fili passano attraverso i due fori 13a, 13b nella testa del perno 14 mostrata in figura 3 (b).

Il perno di manovra slave è costituito da una scatola stagna 80 dove è alloggiato 1'accelerometro, la logica di acquisizione dei dati, la scheda di memoria e la logica necessaria per la trasmissione dei dati al perno master; nella parte inferiore della scatola si trova un raccordo stagno PMA per il collegamento con il perno di manovra master.

Tornando all'unità perno master della figura 4, la scatola master 70 racchiude una scheda elettronica A/D 71 per la conversione del segnale proveniente dal ponte estensimetrico posto nelle sedi 12a e 12b. La scatola esternamente comprende delle alette 74 per impedire la rotazione e due manicotti di raccordo elettrico 72,73. Il manicotto 72 è una guida per cavi elettrici da cui parte poi il cavo inguainato di collegamento alimentazione 60 della figura 2, mentre il manicotto 73 è una guida per cavi elettrici che connette il perno master al perno slave.

In figura 5 è mostrato uno schema elettrico a blocchi dell'unità perno master. In figura 6 è dato uno schema a blocchi del sistema diagnostico complessivo, con i flussi elettrici ed informativi sopra illustrati.

In una forma di realizzazione, il sistema diagnostico per manovre elettriche da deviatoio secondo l'invenzione, creato in particolare per essere utilizzato sui deviatoi di tutti gli armamenti (46-50-60 kg/m), ha le seguenti caratteristiche tecniche:

- Temperatura d'esercizio. Il sistema realizzato per garantire le acquisizioni con temperature comprese nell'intervallo da -25°C a 70°C;

- Umidità relativa: il Sistema Diagnostico per manovre elettriche da deviatoio è realizzato per garantire le acquisizioni con una umidità relativa compresa tra il 4% e il 95%.

Per la misura dei parametri, esistono due sensori indipendenti, un ponte estensimetrico e un accelerometro. L'accelerometro in particolare è utilizzato anche come interruttore del sistema (all'arrivo del treno) che normalmente sta in stand-by.

L'applicazione degli estensimetri, nelle apposite sedi, è realizzata con collanti e procedimenti idonei a garantire la tenuta alle accelerazioni previste per l'area operativa. L'impermeabilizzazione è adeguata alla installazione in ambiente ferroviario A9 (N.T. IS402). I componenti per 1'intercablaggio degli estensimetri, la compensazione termica, gli amplificatori di misura estensimetrici, sono installati nel contenitore sopra al perno diagnostico.

I parametri rilevabili dal perno diagnostico sono i seguenti secondo specifiche prove effettuate non limitative:

- Trascinamento: 0 ÷ 3.000 mV = da - 30.000 N a 30.000 N (1.500 mV = 0 N)

- Accelerazione: 50 mV = lg

II processo si divide in 3 stati fondamentali:

- Rilevamento dati con deviatoio a riposo;

- Rilevamento dati al passaggio del treno;

- Rilevamento dati allo spostamento del deviatoio.

A seconda del tipo di segnale letto dall 'accelerometro, il sistema passerà in uno degli stati di rilevamento dati. In fase di rilevamento, verranno eseguite le operazioni necessarie sui dati e preparato il messaggio da inviare tramite il modulo di comunicazione. Verrà inviato un messaggio solo se i valori letti (per la misura in corso) superano una o più soglie precedentemente configurate.

La tensione di alimentazione Vcc proviene dall'alimentatore che a sua volta utilizza l'alimentazione 150Vac disponibile nella cassetta terminale della cassa di manovra.

I blocchi ADC ("Analogie Digital Converter") sono addetti alla conversione in digitale dei segnali analogici in input. Il campionamento avviene ad una frequenza di circa 10 kHz, e la risoluzione di ogni campione è di 12 bit.

Di seguito riportiamo l'architettura del sistema, con i vari blocchi funzionali.

L'alimentatore e il modem ad onde convogliate sono alloggiati in una cassetta di alimentazione; tutto il sistema assorbe meno di 1W con tutte le funzionalità accese .

II sistema diagnostico secondo l'invenzione acquisisce i seguenti dati:

- Livello di rincalzatura

- Livello di lubrificazione dei cuscinetti di scorrimento dello scambio

- Livello funzionalità della manovra elettrica

- Livello di incastramento in funzione della dilatazione termica dell'ago

E può inoltre registrare anche ulteriori grandezze :

- Identificazione del numero del deviatoio (all'atto della configurazione) ;

- Orologio-datario (all'atto della configurazione); - Numero treni percorrenti lo scambio (con 1'accelerometro) ;

- Temperatura (sensore specifico di temperatura posto direttamente sul perno nella sede 12a).

Tutti questi dati possono essere acquisiti connettendo il Sistema Diagnostico P80 direttamente ad un Personal Computer locale o remoto (con apposite interfacce). Il Sistema Diagnostico P80, in presenza di anomalie, invia, quando interrogato da un Centro raccolta dati, quattro tipologie di allarme:

A. difetto di regolazione della tiranteria di manovra e controllo della P80 (stato di riposo, no manovra/ no treno) ;

B. tallonamento (no manovra ma sotto treno), allarme da 400 a 1400 daN;

C. difetto di trascinamento degli aghi (in manovra no sotto treno) allarme da 400 a 500 daN;

D. difetto di Rincalzatura delle traverse dello scambio (no manovra ma sotto treno) allarme dopo un livello di accelerazione stabilito (allarme scatenato dalla lettura effettuata dall 'accelerometro) .

All'atto del montaggio sulla cassa di manovra, il Kit diagnostico deve essere configurato per far riconoscere e quindi colloquiare tutti gli elementi interessati (perni, interfaccia ecc.) Tutti i dati acquisiti vengono immagazzinati nella memoria del Sistema Diagnostico secondo l'invenzione, i dati individuati come deviazione dallo standard saranno inviati al Centro Raccolta Dati quando il Sistema Diagnostico verrà interrogato mentre gli altri dati potranno essere consultati con un Personal Computer che provvederà, attraverso uno specifico software, a valutarli e a registrarli come database caratteristico di quello scambio.

Funzione dell'accelerometro

L'utilizzo di un accelerometro posto nella scatola stagna del perno ha funzioni ben precise e rappresenta una soluzione di un problema della tecnica anteriore.

Le funzioni dell'accelerometro sono le seguenti: - trigger inizio (fine) misura, dato dal rilevamento di un'accelerazione al passaggio del treno;

- rilevazione carenza ballast, sulla base delle accelerazioni rilevate al passaggio del treno.

Se non si montasse 1<1>accelerometro, il perno potrebbe essere utilizzato solo come "strumento di misura" e non come sistema di monitoraggio, in quanto mancherebbe il comando acquisizione. Questa funzione (trigger) potrebbe essere espletata da altri sistemi, ad esempio fotocellula o sensore magnetico, ma questi stessi sarebbero meno solidi ed affidabili perché influenzabili da fattori esterni quali sporcizia, neve, ecc.

Il segnale accelerometrico è invece legato ad un evento importante come la presenza di un convoglio, unica condizione per mettere in movimento dinamico la rotaia .

Rimarrebbe comunque da risolvere il problema della rilevazione di carenza ballast. L'accelerometro dice che la rotaia si sta muovendo in senso verticale con accelerazioni rilevanti (accelerazioni non geologiche o dovute ad un cedimento lento).

Quando è così determinato l'arrivo del treno, si acquisisce continuamente l'accelerazione con alta frequenza di campionamento (200-300 ms) . Quando l'accelerazione supera determinati valori assoluti per un certo tempo, allora significa che ha ceduto la rotaia e c'è carenza di ballast (rincalzatura). Gli operatori possono allora intervenire consistentemente.

Misura della forza di trascinamento e segnalazione anomalie

Di seguito sono riportate le fasi di funzionamento e i carichi relativi alla cassa di manovra P80 per l'armamento 60 kg/m , carichi che sono più elevati rispetto a quelli riscontrabili con la cassa di manovra L90 per l'armamento 50 kg/m:

- Fase 1: cassa fermascambiata con percorrenza del treno sull'ago accosto 50÷200 daN;

- Fase 2: cassa in stato di trascinamento degli aghi 150÷250 daN;

- Fase 3: cassa in stato di frizione (ostacolo nel trascinamento) 500÷600 daN;

- Fase 4: Cassa in stato di tallonamento da parte del treno 800÷1000 daN.

I carichi individuati in queste fasi di funzionamento sono stati rilevati con due perni strumentati; per una lettura più immediata, nel grafico sottostante di figura 9, sono state inserite due fasi di tensionamento non registrate contemporaneamente.

I grafici di Tallonamento e di Frizione riportano le letture del perno dell'ago interessato dalla forza applicata dalla ruota del treno (linea con triangoli) o dalla cassa di manovra (linea con quadratini) e le letture dell'ago non interessato (linea senza simbolo e linea con cerchietti) .

La direzione delle forze applicate sui perni sono funzione del tipo di fase di funzionamento della cassa di manovra e la posizione dei tiranti della cassa che può trovarsi a tiranti in dentro o tiranti o in fuori.

Per evidenziare la direzione della forza applicata si è riportato nella figura 7 l'assemblaggio tra un tirante di manovra esterno 300, un perno 10 ed un tirante di manovra 500 interno cassa, e nella figura 8 è stato sezionato l'assemblaggio per riportare le direzioni delle forze applicate. I due tiranti sono connessi a cerniera tramite il perno. Infatti il tirante 300 ha un'estremità biforcata 310, 320, mentre il tirante 500 ha un'estremità unica 510 che gioca all'interno dell'estremità biforcata, grazie al perno 10. Si osserva in figura 8 il ponte estensimetrico 20, che interagisce con le estremità dei tiranti, in modo tale che ciascun estensimetro sia coperto su una parte complementare da una rispettiva estremità; Infatti l'estremità unica 510 copre due metà vicine di due estensimetri allineati lungo un asse parallelo all'asse del perno, mentre le biforcazioni 310,320 dell'estremità dell'altro estensimetro coprono le metà più lontane dei due estensimetri . In questa forma realizzativa gli estensimetri 20 sono quattro, a due a due allineati lungo un asse perpendicolare all'asse del perno, in modo da rilevare tutte le tensioni in gioco nella cerniera.

Nella fase 1 di cassa fermascambiata con percorrenza del treno sull'ago accosto, la direzione delle forze è FI e F2 rispettivamente per i tiranti in dentro e per i tiranti in fuori. Le direzioni di FI e F2 durante il passaggio del treno con cassa di manovra fermascambiata cambiano il verso in funzione degli appoggi dell'ago percorso dalla ruota del treno.

Nella fase 2 di cassa in stato di trascinamento degli aghi, le direzioni delle forze sono F2 e FI come in figura per il trascinamento da tiranti in fuori a tiranti in dentro mentre le direzioni di FI e F2 s'invertono nel trascinamento da tiranti in dentro a tiranti in fuori.

Nella fase 3 di cassa in frizione, le direzioni delle forza sono F2 e FI dentro con le stesse direzioni della fase 2 di trascinamento degli aghi.

Nella fase 4 di cassa sottoposta a tallonamento, le forze F2 e FI hanno la stessa direzione, da sinistra a destra (rispetto alla sezione di figura 8) per tallonamento da tiranti in dentro a tiranti in fuori e da destra a sinistra per tallonamento da tiranti in fuori a tiranti in dentro.Si è inoltre effettuato un confronto tra il perno secondo l'invenzione e il perno FS paragonando la loro resistenza a taglio in quanto il perno è sottoposto a questo tipo di sollecitazione in caso di manovra o in caso di tallonamento. Altri tipi di sollecitazione sono del tutto trascurabili.

Considerati materiale e dimensioni per il perno FS della tecnica nota otteniamo la forza massima a cui il perno resiste a taglio (prima dello snervamento):

=_1⁄2_=4 7a-→r _<σ>^<Α>90.634/V

S 3 A<nm>4V3

in cui 3⁄4 è il carico snervamento del materiale utilizzato e Tmaxè la forza a taglio massimo ed A è la sezione del perno.

Nel caso del perno secondo la presente invenzione, trascurando la variazione di momento statico e momento d'inerzia della sezione si considera valida la risoluzione del problema per la sezione circolare. Considerata la sezione con la maggiore rastremazione ed un materiale più robusto, in particolare Fe 630 o C40 bonificato che hanno caratteristiche similari, si ottiene :

, _ <7S3A _ 420- 3<■>558

101.484N

"“<'>4V3<">4. V3

Come evidenziato da questo risultato, la diminuzione della sezione resistente del perno secondo l'invenzione (-8,8%) non va a diminuire la resistenza statica allo sforzo di taglio poiché l'utilizzo di un materiale con un sigma a snervamento più performante (+ 22%) compensa e migliora il valore raggiunto dal perno FS nella verifica statica di cui sopra:

Perno FS - 90.634 N < Perno invenzione - 101.484 N

Utilizzo della sonda termica

Il perno diagnostico prevede l'inserimento di una sonda termica ma soprattutto la correlazione della misura di forza (preferibilmente a tirante rientrato) con la temperatura rilevata sulla rotaia, anche con altro sensore termico.

Questo consente di valutare la corretta regolazione del punto neutro di forza e quindi di prevedere la temperatura alla quale si potrebbe verificare il blocco dello scambio.

Normalmente il punto neutro è correttamente determinato, ma può esserci una deviazione dovuta a molte cause e quindi ci si può trovare più vicini o meno ad una situazione di blocco.

La temperatura di riferimento può essere o quella rilevata dal perno o quella rilevata dai sensori sulla rete ferroviaria, quindi l'inserimento della sonda termica non è strettamente necessario.

In riferimento alla figura 10, con il funzionamento della sensoristica, si determina una curva di forza (grazie agli estensimetri) in funzione della temperatura per una generica cassa di manovra. Questo è realizzato raccogliendo i dati da una pluralità di casse di manovra lungo un periodo di tempo più o meno lungo, idealmente un anno. Il metodo che verrà descritto nel seguito funziona approssimativamente anche con una raccolta dati su un periodo di tempo più corto, aggiunstando la calibrazione man mano che la misura viene completata.

La curva che si ottiene è come nella figura 10. Questa curva è una curva simmetrica rispetto al punto neutro teorico ed è ottenuta in corrispondenza di parametri meccanici predefiniti della cassa di manovra. Infatti si può agire fisicamente su questi parametri e allora la curva cambierà. Tuttavia questo cambiamento può essere fatto anche in maniera teorica, secondo funzioni teoriche note, a partire dalla curva misurata.

Questo fatto è utile perché ogni cassa di manovra viene regolata differentemente, e quindi si può determinare la curva da utilizzare per ciascuna cassa di manovra.

A questo punto, si individua la temperatura corrente T dello scambio e grazie alla curva particolarizzata si ottiene il valore di forza esercitata sui perni.

Successivamente, si determina la distanza di temperatura DT alla quale tale valore di forza diventa troppo grande e causa un blocco dello scambio. Se quindi T ΠΤ è minore di un valore di soglia, allora viene generata una segnalazione di anomalia.

Sulla base di questa segnalazione, si può regolare meccanicamente la cassa di manovra in modo da ricentrare la curva della figura 10. Una nuova curva viene così ricalcolata come sopra e ricomincia il controllo.

Si effettua così un monitoraggio continuo della capacità di funzionamento dello scambio a breve e medio termine, e questo per ogni cassa di manovra particolare, fornendo uno strumento diagnostico in grado di prevenire blocchi dello scambio.

In quel che precede sono state descritte le preferite forme di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma è da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo per la diagnosi di funzionamento di un deviatoio ferroviario (1000) comprendente l'utilizzo di perni di manovra (10) comprensivi di sensori per la misurazione delle tensioni a cui sono soggetti, il metodo essendo caratterizzato dal fatto di eseguire le seguente fasi: FI. Misurare le tensioni su almeno uno di detti perni (10) al variare della temperatura del deviatoio ferroviario (1000) in una pluralità di deviatoi ferroviari per un tempo predeterminato e per condizioni meccaniche identiche dei deviatoi; F2. Determinare una curva delle tensioni sui perni (10) in funzione della temperatura sulla base dei dati rilevati nella fase FI; F3. Rideterminare teoricamente la curva della fase F2 per un deviatoio ferroviario specifico avente corrispondenti condizioni meccaniche specifiche, sulla base della curva di F2 e di funzioni teoriche; F4. Misurare in continuo la temperatura T0del deviatoio ferroviario specifico; F5. Determinare in continuo la temperatura Tbpiù vicina alla temperatura T0per la quale si avrebbe un blocco del deviatoio; F6. Se il valore assoluto di T0- Tbè minore di un valore si soglia ΠΤ3, generare una segnalazione di anomalia.
2. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, successivamente ad una taratura meccanica del deviatoio ferroviario (1000), vengono effettuate di nuovo le fasi da F3 a F6.
3. 3) Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il deviatoio ferroviario (1000) comprende due tiranti che possono essere in fuori o in dentro, caratterizzato dal fatto che la fase FI viene effettuata misurando le tensioni su uno dei tiranti (500) quando è in dentro.
4. 4) Sistema di diagnosi di funzionamento di un deviatoio ferroviario, caratterizzato dal fatto di comprendere un sottosistema diagnostico per manovre elettriche integrato in un deviatoio ferroviario, il deviatoio ferroviario (1000) comprendendo aghi di scambio (200, 400) e uno o più perni di manovra (10), ciascun perno connettendo a cerniera una prima estremità (510) di un tirante (500) di manovra interno ad una cassa di manovra elettrica (600) ed una seconda estremità (310,320) di un tirante (300) di manovra esterno connesso a detti aghi di scambio (200, 400), il sottosistema diagnostico (100) comprendendo detti uno o più perni di manovra (10) e: - ciascuno di detti uno o più perni di manovra (10) comprende uno o più sensori alloggiati in apposite sedi (12a, 12b) posizionate in modo che detta prima (510,520) e detta seconda (310) estremità agiscano contemporaneamente su ciascuno di detto uno o più sensori su sue rispettive porzioni complementari contigue nella direzione dell'asse del perno; - ciascuno di detti uno o più perni di manovra (10) è connesso ad una rispettiva scheda logica di acquisizione (71) per l'acquisizione delle misure di sensore alloggiata in una rispettiva scatola stagna (70); - detti uno o più sensori comprendono cablaggi (50, 60) per rilevare un rispettivo segnale di misura e portarlo a detta una rispettiva scheda logica di acquisizione (71) e successivamente a una interfaccia (40) per la trasmissione delle misure ad una centrale diagnostica; in detta rispettiva scatola stagna (70) è ulteriormente alloggiato un accelerometro, connesso a detta rispettiva scheda logica di acquisizione (71); il sistema di diagnosi essendo ulteriormente caratterizzato dal fatto di comprendere un elaboratore elettronico dotato di mezzi per l'esecuzione delle fasi F3 , F5 e F6 del metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3.
5. 5) Sistema secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che in una delle sedi (12a, 12b) , è alloggiato un sensore di temperatura, connesso a detta rispettiva scheda logica di acquisizione (71), la temperatura T0essendo misurata da detto sensore di temperatura .
6. 6) Sistema secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che detti uno o più sensori sono quattro estensimetri a formare un ponte estensimetrico .
7. 7) Sistema diagnostico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato dal fatto che detta interfaccia (40) comprende un modem, in particolare un modem ad onde convogliate, atto ad inviare dati di misura a detta centrale diagnostica.
8. 8) Sistema diagnostico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 7, caratterizzato dal fatto che in ciascuna scatola stagna (70) è alloggiata detta rispettiva scheda logica di acquisizione (71) con inclusa una scheda di memoria, per la trasmissione dei dati, nella scatola stagna (70) trovandosi ulteriormente uno o più raccordi stagni (72, 73), per il collegamento con detti cablaggi (50, 60).
9. 9) Sistema diagnostico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 8, caratterizzato dal fatto che ciascun perno di manovra comprende quattro sensori in sedi (12a, 12b) ricavate nel perno e allineate a due a due lungo un asse trasversale all'asse del perno, e quindi a due a due lungo due rispettivi assi paralleli all'asse del perno, tra due sedi (12a, 12b) lungo detti rispettivi assi paralleli all'asse del perno essendo ricavata una scanalatura (11) per cablaggi di connessione tra sensori.
10. 10) Sistema diagnostico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 9, caratterizzato dal fatto di comprendere due perni di manovra, un perno master (10, 70) ed un perno slave (10, 80) connessi da opportuno cablaggio elettrico, unicamente il perno master essendo collegato a detta interfaccia (40), la quale in particolare comprende una cassetta di alimentazione della interfaccia (40) e una scheda logica di acquisizione (71).