Uno scanner a ultrasuoni automatizzato monitora gli scambi ferroviari
I punti dove due linee ferroviarie si incrociano o divergono sono caratterizzati da complessi meccanismi di commutazione del binario a forma di X. Questi punti includono una struttura a V chiamata «cuore». Il cuore è l’unico punto dove le ruote del treno perdono contatto con il binario. Ciascuna ruota salta un piccolo spazio vuoto, causando un urto ripetuto e continuo sul cuore. Poiché i cuori sono soggetti a elevata usura, che può portare potenzialmente a rotture e quindi a deragliamenti del treno, sono costruiti in acciaio al manganese estremamente duro. Nonostante ciò, questo semplicemente riduce, ma non elimina, la necessità di effettuare ispezioni. Ciascuno degli attuali metodi di ispezione presenta difficoltà che influiscono sulla loro praticabilità. Ad esempio, i metodi ottici possono rilevare solo i difetti superficiali. I metodi radiografici (raggi X) sono cari e pericolosi per gli ispettori. Gli attuali metodi a ultrasuoni presentano una retrodiffusione acustica eccessiva se applicata all’acciaio al manganese.
Ispezione dei cuori
L’ispezione dei cuori ha da sempre richiesto il loro smontaggio completo, un’operazione estremamente esosa in termini di tempo e denaro. Per evitare questi costi, gli ingegneri ferroviari sostituiscono i cuori più frequentemente del necessario, una mossa prudente ma comunque sempre esosa. Il progetto SAFTInspect(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha sviluppato un dispositivo di ispezione a ultrasuoni per i cuori degli scambi ferroviari, in grado di rilevare i difetti subsuperficiali. In aggiunta allo scanner, il team ha anche sviluppato algoritmi di elaborazione dei dati e il relativo software. Il dispositivo consiste in un telaio su ruote, chiamato «Cross Inspect», che viaggia lungo i binari. Il telaio rileva la presenza di un cuore non appena vi passa sopra. Gli elettromagneti fissano il telaio al cuore per consentirgli di scansionarlo e poi lo sganciano quando la scansione è completata. Mentre è attaccato, due motori distinti fanno scorrere un innovativo scanner a ultrasuoni lungo e per tutta la superficie del cuore. Lo scanner presenta diverse innovazioni che gli consentono di scansionare l’acciaio al manganese, mentre gli echi ultrasonici rimbalzano su eventuali difetti nell’acciaio.
Analisi e visualizzazione
Un trasduttore ritrasmette gli echi raccolti per l’elaborazione e l’analisi a distanza. «Il trasduttore comprende anche meccanismi multipli che spruzzano l’acqua sul cuore, come mezzo ultrasonico», spiega Roberto Puyol, responsabile del progetto. Un’unità di analisi separata, che include algoritmi sviluppati dal progetto, elabora i dati dell’eco, ricavando immagini 2D e 3D di eventuali difetti. Il sistema monitora l’evoluzione dei difetti: a seconda delle condizioni dei cuori, raccomanda le opportune attività di manutenzione. Queste potrebbero includere la sostituzione del cuore o una temporanea limitazione della velocità del treno lungo alcuni tratti di binario. «I risultati sono stati molto soddisfacenti», riferisce Puyol. «Siamo stati in grado di rilevare crepe di 0,5 mm nei cuori fino a una profondità di 5 cm». I test hanno anche dimostrato l’efficacia delle tecnologie di visualizzazione del progetto. Nonostante i risultati promettenti, siamo ancora all’inizio. Un’autorità ferroviaria del governo spagnolo ha espresso interesse a utilizzare il sistema SAFTInspect per verificare l’integrità dei cuori su un tratto di scambio ferroviario di 15 metri. Prima che ciò sia possibile, il team deve modificare l’hardware e riprogettare il software. Il team lavorerà anche a metodi ulteriori in grado di superare le limitazioni delle tecniche di scansione ottica e a raggi X. Quando sarà pronto per il rilascio su larga scala, SAFTInspect fornirà un modo affidabile, comodo ed economico per monitorare lo stato dei cuori ferroviari.
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