TD2S. Train derailment detection system. Analisi RAMS, ingegnerizzazione e prototipazione del sistema di field test per applicazione su locomotiva Bombardier E 483

Railway safety is currently one of the most interesting issues in the engineering field. The problem of the freight wagons’ derailment causes major damage to the infrastructure and inconvenience for the users of the transport system, both in terms of disutility and safety. Although several systems have been proposed over the years for the timely assessment of the phenomenon, to date there are no widespread applications, as the charges related to the instrumentation of all the circulating wagons are unsustainable. The need to reconcile efficiency and economy is at the base of the idea about a new electromechanical system that can only be installed on locomotives. This thesis work, therefore, was developed with the aim of completing the prototyping of a new railway detection system, the Train Derailment Detection System (TD2S). In the first part of the paper, attention was first placed on the causes of the derailment and subsequently on the detailed description of the electromechanical system from the point of view of the components. Secondly, on the basis of the prototype design scheme, the system’s parameters were defined in terms of reliability and functional safety through the calculation of the RAMS. This methodology was necessary because it’s a request for the approval of new systems in the railway sector. Then, the prototype was developed through the actual assembly of the control unit and the verification of the provision provided by the manufacturer of the locomotive for the on board equipment. At the same time, the production and calibration procedure of the load cell was also implemented. Finally, attention was posed on the design of the detection algorithm of the derailment; in order to that, it was necessary to understand which forces may come into play in normal driving conditions and afterwards which ones during a potential derailment. The analytical treatment showed in the work is based on simplifying assumptions, since nowadays there are no databases related to the variability of data such as the tractive force on the hook of the locomotive and the acceleration during a phenomenon as complex as frequent as derailment. Only the carrying out of different skills tests can guarantee, in the future, an important evolution of the system.

La sicurezza ferroviaria è attualmente una delle tematiche di maggior interesse nel campo ingegneristico. La problematica dello svio, o deragliamento, dei carri merci è causa di danni ingenti all’infrastruttura e di disagi per i fruitori del sistema di trasporto, sia in termini di disutilità che di incolumità. Nonostante siano stati proposti, negli anni, diversi sistemi per la valutazione tempestiva del fenomeno, ad oggi non si riscontrano applicazioni diffuse, in quanto gli oneri relativi alla strumentazione di tutti i carri circolanti risultano insostenibili. La necessità di conciliare efficienza ed economicità è alla base dell’idea circa un nuovo sistema elettromeccanico che possa essere installato sulle sole locomotive. Il presente lavoro di tesi, dunque, nasce con la finalità di completare la prototipazione di un nuovo sistema di rilevamento dello svio ferroviario, il Train Derailment Detection System (TD2S). Nella prima parte dell’elaborato si è posta l’attenzione dapprima sulle cause del fenomeno dello svio e, successivamente, sulla descrizione dettagliata del sistema elettromeccanico dal punto di vista componentistico. In secondo luogo, sulla base dello schema progettuale del prototipo, si sono definiti i parametri del sistema nell’ambito della affidabilità e della sicurezza funzionale attraverso il calcolo dei RAMS. Tale metodologia è risultata necessaria in quanto richiesta per l’omologazione di nuovi sistemi in ambito ferroviario. Si è poi proceduto allo sviluppo del prototipo tramite l’assemblaggio vero e proprio della centralina e all’accertamento delle disposizioni fornite dal produttore del locomotore per la fase di montaggio a bordo. Contemporaneamente a ciò si è seguita anche la procedura di produzione e di taratura delle celle di carico. Infine ci si è concentrati sulla realizzazione dell’algoritmo di rilevamento dello svio; a tal fine è stato necessario prima di tutto capire quali forze entrino in gioco in condizioni di marcia normale e, successivamente, durante un potenziale svio. La trattazione analitica esposta si basa su ipotesi semplificative poiché, ad oggi, non si dispone di banche dati riferite alla variabilità di dati come lo sforzo di trazione al gancio e l’accelerazione durante un fenomeno tanto complesso quanto frequente come lo svio. Soltanto l’effettuazione di varie prove di svio potrà garantire, in futuro, un’evoluzione importante del sistema.