ESTUDIO DE FACTIBILIDAD TÉCNICA DE DETECCIÓN DE IRREGULARIDADES EN BANDAS DE RODADURA DE LAS RUEDAS DE TRENES EN SERVICIO, ANALIZANDO LAS VIBRACIONES QUE PRODUCEN EN EL RIEL

Abstract

Metro de Valparaíso, empresa dedicada al transporte de personas entre Valparaíso y Limache, plantea que ocasionalmente aparecen encalladuras en las bandas de rodadura de las ruedas de sus trenes, que traen consigo costosas consecuencias si no se detectan de manera temprana, es decir, cuando todavía son pequeñas. Hasta ahora, éstas se detectan en forma visual durante las mantenciones periódicas o cuando un maquinista escucha un golpeteo cíclico durante el servicio del tren. Los mayores problemas de la aparición de las encalladuras son los daños que éstas provocan en los rodamientos de los ejes, y el agrandamiento de las mismas. Para eliminarlas una vez crecidas, es necesario desbastar una mayor cantidad de material de las ruedas durante el reperfilado (recuperación del perfil de la rueda), lo que se logra mediante un proceso de torneado que consecuentemente reduce el diámetro de las ruedas. Ello debe evitarse en lo posible, puesto que las ruedas poseen un diámetro mínimo normado que, una vez alcanzado, obliga al cambio completo de la rueda. En el mercado existen otros métodos para su detección que generalmente se basan en mediciones ultrasónicas o en la medición de esfuerzos verticales sobre el riel. Este último supone que cualquier defecto superficial en la banda de rodadura se traduce en un golpe vertical de gran intensidad y corta duración. Sin embargo, el alto costo de estos equipos y sus limitaciones técnicas hacen pensar en una solución más económica y versátil. Se plantea un método diferente y se estudia su factibilidad técnica utilizando acelerómetros de bajo costo con una capacidad de muestreo máxima de 1200[Hz]. Este método se basa en la medición de vibraciones en el riel a fin de encontrar dicho golpeteo cíclico. Los resultados obtenidos con dichos sensores de bajo costo indican que estos sensores sirven para percibir mejor el ruido generado por las encalladuras, pero no para crear un algoritmo capaz de obtener un resultado concreto que indique la presencia de una o más encalladuras. Ello no significa que el método sea incorrecto, pero para continuar con su estudio, se requiere la instalación de sensores de mejor calidad y un equipo con una mayor capacidad de procesamiento de datos.Metro Valparaíso, a passenger transport company operating between Valparaiso and Limache has brought to our attention that the train wheels occasionally become damaged by built-up tread. If not detected early, ie when the build-up is small, the consequences can be very expensive. This kind of damage has so far been detected visually during periodic maintenance or when a driver hears a cyclical ‘knocking’ whilst the train is in service. The main problem when these defects appear is the damage caused to the shaft bearings and their enlargement. To remove the build-up once this gets bigger, requires a lot of grinding during re-profiling (restoring the wheel profile), which is done by a turning process which affects the diameter of the wheels. This must be avoided as far as possible, as wheels have statutory minimum diameters and non-compliance means a complete wheel change. Other existing methods for detection generally rely on ultrasonic measurements or measuring the vertical forces on the rail. This means that any surface defect in the tread will cause a very strong quick vertical shock. However, the high cost of this kind of equipment and its technical limitations mean we need to consider a cheaper and more versatile solution. An alternative method, which is currently being studied in terms of its technical feasibility, is the use of low- cost accelerometers, which have a maximum sample capacity of 1200 [Hz]. This method relies on the measurement of vibrations in the rail in order to detect the cyclical knocking described above. The results obtained with these low-cost sensors indicate that these sensors are useful to improve detection of the noise generated by the imperfections but not to create an algorithm that is capable of obtaining a specific result indicating the presence of one or more built-up treads. This does not mean that the method is necessarily wrong but, in order to pursue the study, better quality sensors need to be installed together with higher capacity data-processing devices.