Wilcoxon tiene una larga historia de trabajo con la industria ferroviaria para mejorar la capacidad de detectar los rodamientos de ruedas fallidos. Se remonta a 2001, los ingenieros de Wilcoxon han demostrado con éxito que los acelerómetros comerciales y listos pueden usarse para monitorear el estado de los rodamientos de las ruedas en las condiciones agotadoras presentadas por las ruedas de los ferrocarriles. Ahora, para complementar las mediciones de la rueda, la atención se dirige a mediciones de vibración más tradicionales.
El monitoreo de vibración se ha utilizado con éxito durante muchos años para evaluar la condición de la maquinaria de plantas generadoras de energía. Esta misma tecnología se puede adaptar fácilmente a la industria ferroviaria y proporcionar al ingeniero de locomotoras información basada en la condición en tiempo real en la locomotora.
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Las mediciones dinámicas de vibración de la locomotora pueden registrar la condición de funcionamiento de la locomotora durante la operación en lugar de esperar los tiempos de inspección regulatoria. Esto da como resultado un uso más efectivo del tiempo de inactividad porque las piezas de componentes pueden ser dirigidas a la reparación en función del mayor conocimiento de sus características operativas. Las herramientas existentes como los detectores de equipos de rodamiento en caliente o de arrastre han estado disponibles por un tiempo considerable. A diferencia del monitoreo de la vibración, estas unidades detectan componentes que ya han fallado. Los sensores de vibración pueden monitorear componentes específicos y pueden proporcionar una notificación previa a la falla, lo que conduce a ahorros de costos a largo plazo.
Cuando se ha prestado un tiempo y atención considerables al desarrollo de un sistema para los bogies y el monitoreo de la pista, no se ha dedicado suficiente esfuerzo a monitorear el motor de locomotoras. Si uno mira los componentes en un motor de locomotoras, es fácil reconocer el equipo que ya se ha demostrado que se beneficia del monitoreo de vibraciones.
Sensor Wilcoxon modelo 787A montado sobre el adaptador de rodamiento de un vagón de cola.
Sensor Wilcoxon modelo 787A montado sobre el adaptador de rodamiento de un vagón de carbón de 100 toneladas.
Comenzando con los componentes centrales, la mayoría de las locomotoras tendrán en el corazón de su sistema un motor diesel capaz de desarrollar más de 3200 hp, más de 8 veces la potencia de un automóvil de alto rendimiento. La salida de este motor principal se acopla a un generador, capaz de producir suficiente corriente para encender aproximadamente 1000 casas. En un motor de locomotora, esta potencia se dirige a motores de transmisión de CA o CC en los camiones. En los camiones, cada motor está acoplado a las ruedas a través de su propia caja de cambios. Este es exactamente el tipo de equipo de capital que debe ser monitoreado con sensores de vibración para evitar averías inesperadas y costosas. Echando un vistazo a la viabilidad de las mediciones de vibración en el motor principal y el equipo generador, hay varias oportunidades que caen dentro del ámbito del monitoreo de vibraciones tradicionales.
Usando un sensor de vibración con un circuito de detección máximo verdadero y un contador de impacto, la condición de maquinaria al recíproco se puede rastrear para identificar fallas mecánicas en desarrollo.
El uso de sensores de vibración de 4-20 mA con alimentación de bucle para rastrear con precisión la condición de los ejes giratorios es común. Al agregar un sensor de vibración a cada extremo de un generador, tanto el extremo de la transmisión como el extremo opuesto del accionamiento se pueden monitorear de manera continua para detectar cambios como la alineación y la flojedad.
Estas unidades generalmente están equipadas con rodamientos de elementos rodillos. Está bien documentado que los acelerómetros detectan el desgaste de los elementos del rodillo mucho antes de la falla real y al colocar un acelerómetro en las ubicaciones interno y externo, se puede registrar información del historial de tiempo. Los primeros signos de desgaste se verán en la salida de energía de alta frecuencia del sensor. A medida que avanza el desgaste, los datos de la tendencia se pueden monitorear, lo que permite al ingeniero programar una reconstrucción del motor en el momento apropiado. Para los motores de accionamiento de CC más antiguos, la condición SCR se puede determinar monitoreando la amplitud de frecuencia de disparo SCR. Para las nuevas unidades de accionamiento de CA, se pueden usar acelerómetros para rastrear el motor 1 x RPM sin la necesidad de sensores de velocidad separados.
Similar a las cajas de cambios de la torre de enfriamiento, se pueden usar acelerómetros de baja frecuencia para capturar la vibración del eje de salida. Igualmente importante es la frecuencia de la malla de engranaje y su segundo y tercer armónico, que puede proporcionar información esencial previa a la falla.
El principal hardware generador de potencia impulsa el tren hacia abajo de las vías y un segundo motor diesel y generador puede ser parte de la locomotora. Esta segunda casa de energía se usa para alimentar el resto del tren, como aires acondicionados, luces y instalaciones de cocina en trenes de pasajeros. Obviamente, estos son componentes críticos que necesitan funcionar para el disfrute del pasajero ferroviario. Las mismas mediciones del acelerómetro se pueden usar en el segundo motor y el generador como en la casa de alimentación principal.
Los camiones sostienen los motores de transmisión de tracción para las ruedas y proporcionan la suspensión de la locomotora. Todo el peso de la locomotora descansa en estos camiones. Los rodamientos grandes conectan el camión a la locomotora y permiten que pivote debajo de la locomotora, ya que lo hace por la pista. Esto es necesario para que el tren pueda navegar por giros. Estos rodamientos grandes se pueden monitorear de manera efectiva utilizando técnicas de análisis de alta frecuencia similares a las que se aplican a los rodamientos de elementos de rodillos. Sin embargo, debido a que estos rodamientos son limitados en su grado de rotación, los acelerómetros ultrasónicos de alta frecuencia se utilizan para detectar mejor la condición de estas unidades.
Aunque no está directamente vinculado al rendimiento operativo de la locomotora, el CAB presenta la oportunidad de medir la comodidad del viaje del ingeniero. Al ajustar tres acelerómetros montados ortogonalmente en el sistema de suspensión del asiento, se pueden hacer mediciones de vibración de todo el cuerpo para determinar la exposición a la vibración del ingeniero y el bombero en tiempo real.
Los sensores digitales representan un avance reciente en la tecnología de detección actual que mejorará los beneficios del monitoreo de vibraciones para la industria ferroviaria. Los sensores digitales convierten la señal de vibración analógica en una señal digital dentro de la carcasa del sensor y luego transmiten los datos de vibración digital, reduciendo la necesidad de altas frecuencias de muestreo y reduciendo el ruido de los equipos de energía cercanos. Lo más importante es que la transmisión digital de datos puede ser compatible con las plataformas existentes utilizadas en la industria ferroviaria, como las soluciones GIS de ESRI (sistema de información geográfica). La condición de ejecución de las locomotoras está disponible para el ingeniero en el tren, así como para los equipos de soporte y mantenimiento responsables de la confiabilidad operativa en la industria ferroviaria.
La industria ferroviaria puede beneficiarse enormemente de las mejores prácticas probadas de monitoreo de vibraciones. El motor, el camión y la cabina se pueden monitorear de manera efectiva con sensores existentes que están disponibles comercialmente. El resultado será una reducción en las fallas y la capacidad de programar mejor el mantenimiento de equipos operativos críticos.
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