La misura del peso trasmesso alla rotaia da ciascuna ruota di un carrello ferroviario è un’attività sperimentale piuttosto complessa perché influenzata da diversi fattori.
Come normalmente accade in questi casi, la bontà del sensore di misura è solo un presupposto per ottenere un buon risultato rispetto alla grandezza che si vuole ottenere, ma è assolutamente indispensabile fare molta attenzione anche ad altri fattori.
POWERVE® è stato progettato per attuare un processo di misura che minimizzi l’influenza di questi altri fattori e per guidare l’operatore in modo rigoroso così da ridurre al minimo le scelte da eseguire che possano alterare il risultato finale.
Questo approccio ha lo scopo di ottenere misure non influenzabili dalle azioni dell’operatore.

Per ottenere la migliore misura possibile, POWERVE® è stato progettato anche per essere conforme alla norma EN 15654-2.
La EN 15654-2 è una norma piuttosto recente, è stata pubblicata la prima volta nel 2016, scritta ed introdotta per risolvere discrepanze sui risultati ottenibili applicando le precedenti norme operative nei paesi aderenti all’associazione Europea di libero scambio e descrive in dettaglio tutti i fattori di influenza individuando alcune prescrizioni obbligatorie. La norma si rivolge a veicoli ferroviari nuovi, modificati, o oggetto di manutenzione.
Il principale obiettivo della norma consiste nel realizzare uniformità fra i vari paesi coinvolti così da:

ottenere misure della forza peso su ciascuna ruota di uno stesso veicolo comparabili fra di loro, anche se ottenute in momenti diversi e su siti diversi.

Per questo è assolutamente fondamentale che le misure siano precise ed accurate e che il processo sia ripetibile e riproducibile. Allo scopo la norma analizza in dettaglio sia tutti i fattori che possono influenzare la misura, e quindi non solo le caratteristiche degli elementi sensibili, sia tutti gli aspetti che occorre considerare per valutare la bontà della misura.

La norma (vedi figura 1 estratta dalla norma da inserire a fianco) offre indicazioni per l’intero processo di misura, dalla preparazione del veicolo e degli operatori, ai parametri ambientali e di sito. In particolare, le indicazioni di maggiore rilievo si manifestano nelle seguenti due sezioni:

• “Measurement process”
• “Metrological confirmation”

Nel rapporto di valutazione emesso da Italcertifer per la certificazione di POWERVE® per ciascuno di questi parametri viene verificata la conformità del sistema a quanto richiesto dalla norma. La conformità alla EN 15654-2 assicura quindi che impiegando POWERVE® è possibile effettuare misure secondo i più elevati standard normativi.
Si pone un approfondimento di alcuni punti, oggetto specifico della norma, che sono peculiari di POWERVE® in quanto conseguenza di precise scelte progettuali. Si possono suddividere queste scelte per tre specifiche sezioni, come da rispettivi paragrafi della norma:

• “Measurement equipment” – Paragrafo 4.2
• “Measurement procedure” – Paragrafo 4.4
• “Measurement report” – Paragrafo 4.7

Le scelte progettuali di POWERVE® che hanno riguardato il “Measurement equipment” hanno dovuto rispettare i seguenti vincoli derivanti dalla norma:

1. utilizzare elementi sensibili opportunamente tarati rispetto a norme di riferimento in numero sufficiente ad eseguire la misura in contemporanea sulle ruote di un carrello o più di un carrello – Paragrafo 4.2.3.1
2. scegliere il punto nel quale applicare gli elementi sensibili per effettuare la misura che meglio corrisponda al punto in cui la forza verticale viene trasmessa alla rotaia – Paragrafo 4.2.3.2.
3. evitare sollecitazioni sul rotabile tali da alterare il normale assetto delle sospensioni e quindi alterare la normale distribuzione del peso sulle ruote – Paragrafo 4.2.3.3.
4. effettuare la misura in condizioni tali da poter annullare totalmente qualsiasi forza esterna – Paragrafo 4.2.3.3.
5. Il gradiente longitudinale fra i piani di riferimento delle sale montate di due carrelli consecutivi non deve superare lo 0,4% e il gradiente laterale non deve superare lo 0,1% – Paragrafo 4.2.3.3.
6. applicare le usuali sollecitazioni ricevute dalle sospensioni durante il moto del rotabile così da liberare attriti interni da primo distacco prima della misura – Paragrafi 4.2.3.4. e 4.3.3.3.

Riguardo al punto a) sono state progettate, direttamente da IVM, celle di carico di appena 40 mm di altezza in grado di misurare fino al 15 tonnellate, con la capacità di resistere fino a 30 tonnellate e classificate di classe 1 rispetto alla norma ISO 376:2011. L’altezza complessiva di soli 40 mm così da far salire il rotabile in assoluta sicurezza e rispettare il vincolo del punto e) per interperni fra i carrelli di almeno 10 m. A queste caratteristiche si aggiunge una eccellente tolleranza a possibili diversi posizionamenti della ruota rispetto alla coppia di celle e alle diverse possibili condizioni della superficie della rotaia su cui ciascuna cella di carico poggia.

Riguardo il punto b) la norma, onde evitare l’individuazione e l’applicazione di algoritmi di correzione, consiglia di valutare la forza (1) di reazione della rotaia QF0 nel reference point D0 corrispondente al punto (2).

È evidente che il punto di contatto ruota-rotaia D0 sia da preferire perché è quello dove naturalmente vengono scambiate le forze fra la ruota e la rotaia (reference point per ciascuna ruota e per l’intero piano di misura). Questo è stato quindi un vincolo progettuale inderogabile così che il sistema POWERVE® misurando attraverso gli elementi sensibili direttamente al reference point di ciascuna ruota, non introduce nessuna incertezza ulteriore di cui tener conto.

Per rispettare il punto c) è stata quindi evitata qualsiasi ipotesi di sollevatori per interporre gli elementi sensibili e si è preferito adottare soluzioni che portassero ad interporre gli elementi sensibili fra il rotabile e la rotaia rispettando i seguenti vincoli:

• attraverso il normale rotolamento delle ruote sul binario;
• la posizione di misura in asse con il punto di contatto D₀.

Per rispettare il punto d) è stata adottata la soluzione della doppia cella di carico così da ottenere una sorta di “effetto culla” per ciascuna ruota tale da costituire una posizione di equilibrio stabile sugli elementi sensibili ed evitare qualsiasi vincolo esterno per tenere fermo il rotabile tipo azione di freni, respingenti o ganci.

Questa soluzione ha permesso di rispettare anche il vincolo c) perché il rotolamento stesso sulle due celle rappresenta un tipo di sollecitazione paragonabile alle normali sollecitazioni ricevute dalle sospensioni primarie conseguenti al normale rotolamento (punto f)).

L’adozione di una rampa attrezzata con 2 celle di carico sulle quali posizionare ciascuna ruota è stata la scelta progettuale in grado di rispettare tutti i vincoli individuati nei punti precedenti.

Le scelte progettuali di POWERVE® che hanno riguardato il “Measurement procedure” hanno dovuto rispettare i seguenti vincoli derivanti dalla norma:

• numero di ruote da misurare contemporaneamente – Paragrafo 4.4.2
• numero di misure ripetute e movimentazione del rotabile fra le misure – Paragrafi 4.4.3. e 4.4.4
• direzione di movimentazione e orientamento del rotabile durante la misura – Paragrafo 4.4.5

La procedura di misura prevede di adagiare sulle rotaie delle rampe di posizionamento anteriormente a ciascuna ruota così che il rotabile possa salire facendo rotolare le ruote sulle rampe attraverso un movimento paragonabile alla normale marcia. Le rampe portano le ruote a adagiarsi su una coppia di celle di carico appositamente progettate, che poggiano direttamente sulle rotaie. In questo modo la funzione delle rampe è di interporre fra ciascuna ruota e la rotaia una coppia di celle di carico posizionate propriamente nel reference point D₀.

Le scelte progettuali di POWERVE® hanno riguardato infine anche la rappresentazione delle misure effettuate- “Measurement report” (Paragrafo 4.7) -, in quanto il modello di report, offerto sia in una versione estesa che sintetica, impiega le stesse grandezze e gli stessi identificativi proposti dalla norma, al fine di facilitare un confronto tra diverse misurazioni.

In definitiva POWERVE® è stato progettato anche per offrire all’utente una serie vantaggi procedurali di non poco conto:

• poter misurare contemporaneamente fino a 6 sale montate, nel caso ad esempio di locomotive a 6 assi o di particolari mezzi d’opera
• dover movimentare il rotabile per solo 1 metro così da aver bisogno di spazi ridotti di movimentazione e di lunghezza di binario livellato, particolarmente importante per officine di piccole dimensioni
• avere un software di gestione del sistema POWERVE® e della procedura di misura tale da guidare completamente l’operatore e ridurre errori umani tali da condizionare involontariamente il risultato
• questo è particolarmente importante per tutelare il soggetto responsabile tipo l’ECM
• descrivere il rotabile nell’ambito di riferimenti rigorosi così da poter confrontare agevolmente e con assoluta sicurezza risultati dello stesso rotabile ottenuti in misure diverse
• archiviare le misure in uno spazio cloud riservato per ciascun cliente
• poter assemblare misure di diversi elementi misurati così da ottenere un unico report di un convoglio utilizzando la web application denominata POWERVE® Cloud Platform

La seconda sezione principale della norma (paragrafo 5) “Metrological confirmation” illustra e analizza a fondo i diversi momenti di verifica della misura ed in particolare:

• “Specification of measurement process” – Paragrafo 5.2
• “Verification (Acceptance testing)” – Paragrafo 5.4
• “Investigation on total uncertainty of measurement process” – Paragrafo 5.5

Allo scopo POWERVE®, come suggerito dalla stessa normativa EN 15654-2, è stato inquadrato nell’ambito dei sistemi di misura di “forza”e la normativa di riferimento per la caratterizzazione è la ISO 7500-1 “Taratura e verifica delle macchine di prova statica uniassiale – Parte 1: Macchine di prova a trazione/compressione – Taratura e verifica del sistema di misurazione delle forze”. Questo inquadramento è stato adottato per tener conto dei diversi fattori che possono influenzare la misura della forza peso.

Per quanto riguarda gli elementi sensibili sono state scelte le celle di carico e la normativa di riferimento è stata la ISO 376 “Taratura degli strumenti di misurazione della forza utilizzati per la verifica delle macchine di prova Uniassiali”.

Nel report di valutazione di Italcertifer a supporto della certificazione di conformità di POWERVE® alla EN 15654-2, vengono descritte in dettaglio le attività sperimentali eseguite per valutare le caratteristiche metrologiche. Per queste attività sono stati utilizzati alcuni rotabili campione di differenti tipologie così da verificare i risultati ottenibili in vari casi e questo perché l’accuratezza è funzione anche dell’accoppiamento dello specifico rotabile con il sistema di misura. L’errore di indicazione è stato determinato confrontando le misure ottenute con POWERVE® con quelle ottenute su una pesa fissa presente nei laboratori Italcertifer di Osmannoro.

Considerando che la distribuzione del peso sulle 4 ruote di un carrello è funzione anche dell’assetto che assume il rotabile e quindi potrebbe essere differente confrontare 2 misure eseguite sullo stesso rotabile da due sistemi differenti, sono state eseguite alcune prove in contemporanea sfruttando la capacità di usare POWERVE® direttamente sulla bilancia fissa così da effettuare un confronto fra i 2 sistemi in condizioni di assetto identiche.

Il rapporto di valutazione di Italcertifer conferma che POWERVE®, così come richiesto dalla EN 156542, è in grado di ottenere:

• misure ripetibili e riproducibili con un errore massimo sul peso totale del veicolo pari a ±0,5%;
• prestazioni in linea con quelle delle migliori pese fisse.

È stato anche verificato in campo che i minimi scarti mostrati dal sistema POWERVE® rispetto al sistema di pesa fissa di riferimento non sono riconducibili esclusivamente al sistema POWERVE®, ma piuttosto a fattori di influenza comuni ad entrambi ai sistemi.

La sintesi degli errori sia per i sensori e sia per l’intero sistema in condizioni reali di utilizzo, è riportata nelle tabelle a lato.