Analysis of catenary measurements for the monitoring of pantograph-catenary dynamical interaction

In the last decades, the railway industry has reached extremely high standards level in terms of quality and performances of vehicles and structures. These last are subjected to hard working loads and extreme environmental conditions that affect their physical integrity and compromise the requested level of safety. This situation requires a constant monitoring and inspection of all the structural components to guarantee their reliability. Nowadays, the systems employed for this purpose do not reach a good level of robustness, for this reason, other diagnostic methods need to be developed. In this work is presented a new methodology to monitor the railway structure and to analyse the pantograph-catenary dynamic interaction. The system adopted uses accelerometers as acquisition devices with respect to more common wire potentiometers. Starting from the in-line measures, collected using a traditional measurement system, the intrinsic characteristics of the catenary have been defined. Successively, they have been implemented in a FE software to simulate different working conditions, reproducing in the best way the structure dynamic behaviour. The simulations have confirmed the possibility to adopt accelerometers for the acquisitions and, furthermore, they have allowed understanding the different relationships between the system variables. The results have been useful to define a new method to detect possible malfunctioning of the system analysing simply the signals recorded. In conclusion, the new measurement system, composed of wireless accelerometers, is proposed. Tests performed in the laboratory have shown how the devices are not influenced by the electromagnetic field generated by the overhead line.

Negli ultimi decenni, l'industria ferroviaria ha raggiunto standard qualitativi e prestazionali estremamente elevati per quanto riguarda veicoli e strutture. Quest'ultime, soggette all'applicazione di carichi di lavoro estremamente stressanti ed esposte costantemente a condizioni atmosferiche critiche, vedono compromessa la loro integrità funzionale, aspetto fondamentale per ottenere un grado di sicurezza idoneo al rispetto degli standard progettuali. Ciò rende necessaria l'ispezione costante dei vari componenti strutturali, richiedendone un monitoraggio continuo. Attualmente, alcuni metodi impiegati per questo scopo non garantiscono un adeguato livello di robustezza rendendo fondamentale lo sviluppo di nuovi apparati. In questo lavoro si presenta una nuova metodologia per il monitoraggio della struttura ferroviaria e per l'analisi dell'interazione dinamica tra catenaria e pantografo. Il nuovo sistema prevede l'impiego di accelerometri come strumenti di acquisizione alternativi ai più comuni potenziometri a filo. Partendo dalle misure eseguite in linea, utilizzando un sistema di misura tradizionale, sono state definite le caratteristiche intrinseche della catenaria analizzata, successivamente implementate in un software ad elementi finiti. In questo modo è stato possibile simulare differenti condizioni operative, riproducendo fedelmente il comportamento dinamico della struttura. Le simulazioni hanno confermato la possibilità di utilizzare gli accelerometri per i rilevamenti e, inoltre, hanno permesso di comprendere le diverse relazioni che intercorrono tra le variabili del sistema stesso. I risultati ottenuti sono stati utilizzati per definire un nuovo metodo per il rilevamento di possibili malfunzionamenti o danni, analizzando semplicemente i segnali misurati. Si presenta, in conclusione, l'apparato composto da accelerometri wireless da impiegare sulla linea. I test eseguiti in laboratorio hanno mostrato come i dispositivi non vengano influenzati dal campo elettromagnetico, derivante dalle alte correnti di esercizio che percorrono la linea aerea.