Sviluppo di una metodologia per l'identificazione dello stato della linea a partire da misure accelerometriche di dinamica di marcia

The aim of this work is to define a procedure to examine the state of the track starting from the dynamic behaviour of the diagnostic trains. The track irregularity is one of the principal causes that originate the vibrations which are measured on the train. The measurement of the railway track quality is mandatory in order to plan the corrective maintenance of the railway infrastructure in advance. An efficient diagnostic of the track guarantees an optimal planning strategy of the maintenance interventions. That leads to a more safe vehicle and an improved travellers’ comfort. A lot of research activities aimed to recreate the irregularity of the railway track by developing several methods based on the vehicle acceleration in the past. Conversely, at the time being the evolution of the track defects haven’t been studied enough. In this work we develop some methods for the vertical acceleration analysis by estimating the irregularities which wavelength may reach up to 70 meters. In order to build a diagnostic method for the railway track we had to work with data acquired in different moments. To make the implementation of this method easy and intuitive we built a database which is able to collect and offering data in an automatic way. The proposed methods require the inputs to be preprocessed in order to evaluating the correlations between the dynamic behaviour of the train and the irregularities of the track. For this purpose we adopted some filtering and elaboration techniques to process the acceleration RMS in order to identify the wavelength defect in the track irregularity during the test. The first developed method is based on a multivariate statistical approach which is founded on the T^2 chart. This application let us to identify the general state of the track by using tolerance thresholds deduced from accelerations measured in nominal condition of the vehicle. The second methods let us to study the accelerometric measurements through a simplified statistical analysis. The method involves sensitivity analysis of the parameters that allows us to find a reference state to monitor the railway degradation over time. Moreover a control strategy of the quality of the track has been implemented by defining the acceleration thresholds. In this way we can compare the measurements on board during the test. The aim is to allow the maintenance planning of the railway track. The results have been validated by exploiting the data of the maintenance interventions on the AV Milano-Bologna railway.

Il presente lavoro ha come obiettivo la definizione di una procedura di identificazione dello stato della linea a partire dalle misure accelerometriche di dinamica di marcia effettuate dai treni diagnostici. L’irregolarità di binario è una delle principali cause delle sollecitazioni rilevate sul veicolo ferroviario durante la marcia. La misura della qualità del binario è un elemento essenziale per determinare preventivamente la manutenzione correttiva dell’infrastruttura ferroviaria. Una diagnostica efficiente della linea garantisce una buona strategia di programmazione degli interventi di manutenzione portando ad una maggiore sicurezza del veicolo e migliore comfort del passeggero. Molte attività di ricerca si sono prefissate di ricostruire le irregolarità del tracciato ferroviario sviluppando svariate metodologie a partire dalle accelerazioni del veicolo, ma attualmente l’evoluzione dei difetti di linea non sono state sufficientemente studiate. In questo lavoro di tesi si sviluppano alcune metodologie per l’analisi delle accelerazioni verticali effettuando una stima delle irregolarità con massima lunghezza d’onda nell’ordine dei 70 metri. A fronte di realizzare una metodologia diagnostica per la linea si è avuta la necessità di lavorare con dati acquisiti in tempi differenti. Per rendere l’impiego dell’approccio diagnostico facile ed immediato si è sviluppata la struttura di un database che rende disponibili i dati in maniera rapida ed automatica. Le metodologie proposte richiedono che le grandezze in ingresso vengano pretrattate in modo tale da valutare le giuste correlazioni tra il comportamento dinamico del treno e le irregolarità presenti in linea. A tale scopo sono state adottate alcune tecniche di filtraggio e di elaborazione degli RMS delle accelerazioni così da identificare i contributi in lunghezza d’onda delle irregolarità del binario in base allo svolgimento delle corse prova. La prima metodologia sviluppata si basa sull’approccio statistico multivariato basato sul calcolo della carta T2 come applicazione che permette di identificare lo stato generale della linea mediante margini di tolleranza ricavati statisticamente dalla combinazione di misure accelerometriche effettuate in condizioni nominali del veicolo e della linea. La seconda metodologia permette di studiare le misure accelerometriche attraverso l’approccio semplificato di un’analisi statistica. La tecnica adotta analisi di sensitività dei parametri permettendo di individuare, mediante le funzioni di probabilità cumulative degli RMS di accelerazione, uno stato di riferimento che consente di identificare l’evoluzione dei difetti di linea nel tempo. Inoltre è stata implementata una strategia di controllo della qualità della linea definendo le soglie limite di accelerazione così da effettuare il confronto con le misure effettuate a bordo treno durante le corse prova, con l’obiettivo di consentire la programmazione degli interventi di manutenzione. In tutti i casi i risultati sono stati validati su misure in linea. Le verifiche sono state possibili grazie alla conoscenza degli interventi di manutenzione eseguiti sulla linea AV Milano-Bologna.