CONSIDERAZIONI SULLE ANALISI RAM DI IMPIANTI FISSI DI LINEA

CONSIDERAZIONI SULLE ANALISI RAM DI
IMPIANTI FISSI DI LINEA
Ing. Marco Acquati (Metropolitana Milanese S.p.A) [email protected]
L’articolo analizza le principali tipicità di una analisi RAM per impianti fissi di linea
(armamento e linea di contatto). Infatti, per questi sistemi le considerazioni alla base di
un’analisi RAM possono essere significativamente diverse da quelle di altri sistemi, come il
veicolo o gli impianti di segnalamento.
Gli elementi principali possono sintetizzarsi come:
· Interdipendenza fra manutenzione e affidabilità
· Affidabilità e scelte progettuali iniziali.
L’interdipendenza può svilupparsi in modo forte in direzione bottom-up. Infatti, l’assenza si
strumenti, mezzi e procedure adeguati per assicurare una manutenzione efficace può
comportare un rapido degrado dei componenti non solo per la naturale mancanza di
controlli e rinnovi, ma anche perché il degrado comporta sollecitazioni più elevate alle
strutture, portando a un incremento esponenziale dello stesso.
Inoltre, sempre per gli stessi impianti, la verifica della resistenza dei componenti e dei
materiali dovrebbe avere come input il livello di manutenzione previsto. Infatti una
manutenzione negligente può comportare un sistema di sollecitazioni che vanno al di là
della resistenza per cui i componenti sono stati verificati o progettati.
L’affidabilità è principalmente governata da scelte progettuali iniziali. Infatti, se per
esempio un sistema di binario presenta fin dall’inizio elevati gradi di usura, questi sono
imputabili principalmente al sistema scelto o alle condizioni di tracciato. Entrambe le cause
non sono rimovibili nel breve periodo (e in alcuni casi neanche nel medio-lungo) e pertanto
non è possibile riscontrare una crescita dell’affidabilità. Si possono comunque mettere in
atto delle azioni compensative, ma che in ogni caso non possono prescindere da
ripercussioni progettuali.
1. ESEMPIO DI ANALISI RAM PER UN SISTEMA DI BINARIO
L’analisi è svolta tenendo in considerazione le prescrizioni di progetto dettate dalla norma
europea EN 50126. Sebbene il presente esempio rispetti in linea generale i dettami della
EN 50126, se ne distacca significativamente in alcuni punti per le peculiarità proprie dei
sistemi di binario; peculiarità che sono state già in parte esposte nei paragrafi precedenti.
L’esempio è sviluppato per un tradizionale binario su ballast con traversine in c.a.p.. I
concetti sono però estendibili a altre tipologie di binario.
La struttura a albero del sistema binario ha in qualsiasi caso, come livello top, l’intera
linea, la quale si suddivide poi nei singoli segmenti di rotaia e nei singoli scambi e
intersezioni. Si prosegue poi sul supporto della rotaia: le traverse e la massicciata.
Ad esempio uno scambio potrebbe essere suddiviso nei due semi telai degli aghi, nel
cuore e nelle rotaie di collegamento e i semi telai, a loro volta, in ago e contrago. Ma
nell’ottica dei guasti, un guasto di uno qualunque di questi sub-componenti comporta un
guasto dell’intero scambio, nel senso che su quello scambio sarà impedito il transito o
permesso in condizione degradata. A ulteriore conforto sull’inutilità di ulteriori sub-divisioni,
si consideri che questi componenti vengono spesso sostituiti insieme.
Eventuali ulteriori suddivisioni sono invece consigliate se si ritiene che alcuni elementi
siano maggiormente soggetti a usura di altri. Rotaie installate su curve di raggio stretto si
usurano prima di rotaie installate in rettilineo e quindi hanno una vita utile inferiore.
Analogamente scambi che vengono spesso presi in deviata.
2 PREVISIONE DI AFFIDABILITÀ
Per il binario devono essere svolte due distinte previsioni di affidabilità: la prima relativa
alla vita attesa del singolo componente e la seconda relativa ai guasti che comportano
interruzione immediata dell’esercizio.
Infatti, non il guasto di qualsiasi componente ha effetti globali sull’esercizio dell’intera linea.
Ci sono moltissimi componenti che costituiscono un binario, ma solo il guasto di alcuni di
essi può comportare l’interruzione immediata dell’esercizio della linea. C’è
costitutivamente una palese ridondanza nel progetto di qualsiasi componente di
armamento, perché nel caso di rottura si deve garantire che non si abbiano problemi
sull’esercizio.
La rottura di una rotaia in qualunque posto essa avvenga, costituisce un caso che
comporta l’interruzione immediata dell’esercizio della linea. Se non esistono sistemi in
grado di individuarla per tempo, può avere importanti riflessi sulla sicurezza
(deragliamento). La presenza di rotaie rotte durante la vita di una linea è un fenomeno
pressoché ineliminabile. Da dati storici acquisibili dalle principali reti ferroviarie europee, si
evince come si ha un tasso di guasto, durante la vita tecnica mediamente ventennale fra
due rinnovi, compreso fra 2 e 2,5 rotture annuali ogni 100 km di binario, Questo in
generale indipendentemente dalla tipologia di binario. Quindi perché gli effetti più
devastanti di una rotaia rotta non si verifichino, nei fatti, due sono le strategie da mettere in
atto. Prevedere un piano dei controlli efficace, tale che i controlli siano così frequenti da
impedire che, fra un controllo e l’altro, la frattura sia in grado di svilupparsi completamente
e quindi portare al completo distacco dei lembi della rotaia. E l’altro è adottare sistemi di
binario che impediscano spostamenti relativi elevati fra i due spezzoni di rotaia rotta. Ad
esempio, evitando sistemi troppo cedevoli o adottando rotaie su appoggio continuo.
I guasti di componenti di armamento che possono comportare immediata interruzione del
traffico ferroviario sono tre:
1 Rottura integrale di rotaie o saldature o giunti;
2 Malfunzionamenti di scambi (mancata completa apertura o chiusura);
3 Giunti isolanti incollati cortocircuitati.
Il malfunzionamento degli scambi si presenta per varie cause, tipicamente: oggetti
inaspettatamente caduti o bloccati all’interno dello spazio di movimento dell’ago o
cuscinetti non adeguatamente lubrificati. I giunti isolanti incollati vanno in corto quando ci
sono dei depositi di acciaio che, accumulatisi, creano un ponte elettrico che supera
l’isolatore. Quest’ultimo di per sé non costituisce immediatamente pericolo per la
circolazione dei treni, solo che il giunto in corto, porta a occupazione del circuito di binario
e quindi è necessario interrompere per indagare le cause e ripristinare il segnalamento
alla corretta operatività.
La fonte dei valori di tassi di guasto deve essere da una linea già in esercizio, con
condizioni di esercizio e manutenzione similari. Il carico per asse dei veicoli transitanti, le
caratteristiche dei carrelli, il sistema di lubrificazione e la tipologia di armamento sono altri
fattori che possono influenzare la vita utile delle rotaie e degli scambi, in prima istanza, e
della massicciata e traverse, in seconda.
Si prega di notare che questa prima analisi non ha ripercussioni a livello più alto. Infatti, il
livello più alto è la linea intera. Nel caso dell’armamento, l’unica correlazione “figlio-padre”
è fra il singolo componente e l’intera linea. Un guasto non comporta mai l’attivarsi di altri
guasti a cascata. Se si rompe una rotaia in un punto, non se ne rompe un’altra in un altro
punto.
L’analisi delle ripercussioni dei guasti sull’intera linea è fatta con l’analisi di affidabilità dei
guasti che comportano interruzioni di esercizio (già elencati sopra).
Predizione di affidabilità dell’intero sistema
Componente Tipo di guasto
Rotaie
Giunti I.I.
Scambi
Tasso di
guasto
Guasti
per anno
MTTR
Fonte
tasso di
guasto
Note
Rottura
Corto circuito
Malfunzionamento
L’MTTR qui riportato è il tempo necessario per mettere in sicurezza il difetto riscontrato. I
guasti qui riportati sono guasti che comportano l’immediata interruzione dell’esercizio, in
quanto la continuazione dell’esercizio in queste condizioni, comporterebbe elevati rischi.
Pertanto, per tutto il tempo intercorrente fra l’interruzione e il ripristino dell’esercizio la linea
è indisponibile. L’MTTR in questo caso deve essere pari a questo tempo di indisponibilità.
3
ANALISI FMECA
Nell’analisi FMECA si può dare evidenza dei guasti che hanno ripercussione a livello di
sistema e di quelli che hanno effetto solo locale.
Per i guasti che comportano rischi per l’intero sistema è fondamentale che esista un
sistema di rilevazione che dia riscontro immediato dell’avvenuto guasto. Il segnalamento è
in generale un buon sistema di controllo per individuare per tempo questi guasti. Un ago
che non chiude o non apre manda un segnale alla centrale operativa tale da permettere
l’immediata interruzione dell’esercizio. Un giunto cortocircuitato viene rilevato come
un’anomala occupazione di circuito di binario.
Il segnalamento invece non è efficace per rilevare le rotture di rotaia. Se la rotaia fosse
interamente rotta e i due lembi allontanati, effettivamente l’interruzione sarebbe rilevata dal
segnalamento. Ma in tutti i casi, la rottura definitiva avviene perché il treno transita sopra
alla sezione già criccata e dà il colpo che porta al completo distacco. In tal caso, infatti,
l’interruzione di rotaia non è rilevabile perché il circuito di binario risulta già occupato dalla
presenza del treno insistente sulla sezione. Ne consegue che, fintantoché il treno non
esce dal circuito interessato dalla rottura, questa non è individuabile. Ovvero, in altri
termini, il treno transita interamente su una rotaia rotta senza che alcun sistema lo riveli.
14.5 ANALISI MANUTENZIONE PREVENTIVA E CORRETTIVA
La manutenzione preventiva riguarda, innanzitutto, tutte le attività di sostituzione o rinnovo
dei componenti al termine della loro vita utile. Gli MTBF sono quindi gli stessi dell’analisi di
affidabilità
Secondariamente sono previste tutte le attività di ispezione e controllo:
· Ispezione geometrica;
· Ispezione visiva;
· Ispezione a ultrasuoni.
Per quanto riguarda il livello di manutenzione, queste sono tutte attività che devono essere
svolte durante il periodo di interruzione dell’esercizio e solitamente di notte.
La manutenzione correttiva è invece quella che segue gli interventi non programmati,
dovuti a guasti che hanno necessitato di un intervento più o meno immediato. In questo
caso gli MTBF sono quelli dati dall’analisi di affidabilità dell’intero sistema.
Alcuni interventi correttivi devono essere svolti immediatamente, pena elevato rischio per
l’esercizio. Altri invece possono essere fatti durante le interruzioni notturne, in quanto non
comportano particolari rischi.
Componente Quantità Modo di guasto
Livello di
Azione manutentiva
manutenzione
MTBF
Operatore
Q.tà
Rotaie
Scambi
Rottura durante l'esercizio
1
Malfunzionamento durante l'esercizio 1
Traversine
Rottura
3
Ripristino della continuità
Ripristino del
funzionamento
Ripristino o sostituzione
Attrezzi e/o
materiali
speciali
Costo
Tempo d'azione Tempo
materiali (MTTR)
manodopera
[€]
[h]
[h]
Costo materiali a
livello di sistema
[€/anno]
Costo manodopera a
livello di sistema
[€/anno]
Liv.
Ganasce e saldatore
Attrezzi per il ripristino
del difetto
Caricatore, avvitatore
Una stima completa degli oneri di manutenzione deve necessariamente tenere conto
anche delle ore per l’elaborazione dei dati di ispezione e della programmazione degli
interventi.
Innanzitutto si consideri che il personale addetto alla manutenzione del binario lavora su
turni di 8 ore, anche se le ore veramente operative in linea sono molte di meno, perché
dipendono dalla reale interruzione dell’esercizio in sicurezza. Inoltre durante il giorno, c’è
comunque una vasta attività di programmazione che deve essere portata avanti. Tutto
questo fa sì che, rispetto alle ore calcolate in tabella, le ore reali sono fra 2 o 3 volte in più.
Si consideri infine che l’incidenza del lavoro di programmazione raggiunge il suo apice
intorno ai 25÷30 anni della vita di una linea. Infatti, in quel periodo buona parte della linea
necessita di un significativo rinnovo perché quasi tutti i componenti risultano abbastanza
deteriorati.