Development of wayside monitoring systems for condition based maintenance in railway vehicles

Resumen

Para garantizar la seguridad en la circulación de los vehículos ferroviarios, un correcto mantenimiento es de vital importancia, aunque llevarlo a cabo sea costoso. Es por ello que en los últimos años ha habido una evolución hacia un mantenimiento basado en la condición o CBM. Este trata de estimar la condición de los componentes por medio de la monitorización de ciertos parámetros, para poder así organizar los procesos de mantenimiento de manera más eficiente y teniendo en cuenta las necesidades reales de cada vehículo o vía. A pesar de las numerosas ventajas del CBM, a día de hoy no hay demasiados sistemas comerciales que permitan su aplicación, y los pocos que hay tienden a ser caros. Es por ello que este trabajo investiga y desarrolla formas en las que estimar la condición de dos de los componentes más importantes del vehículo, las ruedas y la suspensión primaria, para poder luego aplicar CBM. La monitorización se lleva a cabo desde un enfoque wayside, es decir, tomando mediciones en un punto determinado de la vía, de forma que con un solo sistema se pueda estimar la condición de todos los vehículos que pasen por dicho punto. Además, los sistemas desarrollados son simples, efectivos, y económicos. En el caso del sistema de monitorización de ruedas que se ha creado, se utiliza como dato de entrada principal las aceleraciones verticales del carril en lugar de las fuerzas de contacto, lo cual se traduce en un menor número de sensores. Se ha trabajado con dos tipos de defectos de perfil de rueda: los planos y los defectos de longitud de onda larga. En ambos casos se ha seguido un procedimiento similar. En primer lugar, se ha utilizado un modelo numérico para estudiar cómo los defectos y otras variables relacionadas con las condiciones de circulación afectan a la dinámica del sistema rueda-vía. En segundo lugar, los resultados del estudio teórico se han usado para desarrollar algoritmos capaces de detectar y evaluar los defectos de rueda partiendo de señales de aceleración del sistema de monitorizado. Y, por último, esos algoritmos se han aplicado a mediciones reales tomadas en vía. El detector de planos ha sido capaz de encontrar satisfactoriamente defectos de este tipo con severidades muy bajas. En el caso de los defectos de longitud de onda larga, se han detectado defectos locales. Sin embargo, no se han encontrado ovalizaciones, por lo que parte del desarrollo teórico no se ha podido probar en mediciones reales. En el caso de la suspensión primaria, el desarrollo es similar, pero con algunas diferencias. El estudio numérico se ha hecho en un modelo multibody que considera todo el vehículo, y en este caso, se han estudiado las fuerzas de contacto. De todas formas, el sistema desarrollado para la detección de defectos en los elementos de primaria solamente requiere unos pocos sensores (en este caso se han empleado diez puentes de galgas). Al instalarlos en vía, se toman mediciones y se aplica el algoritmo desarrollado haciendo un análisis de la estimación general de la flota. Además, los resultados de las estimaciones se han validado ensayando en el laboratorio los elementos de suspensión de dos bogies diferentes. Los resultados permiten asegurar que el sistema es capaz de detectar satisfactoriamente problemas de endurecimiento, deformación permanente o mal calado en los elementos de primaria. Este sistema supone un avance importante para el mantenimiento de la suspensión primaria, especialmente si se tiene en cuenta el coste reducido de este sistema, ya que actualmente no existen sistemas wayside capaces de desempeñar esa labor.