Avis de sécurité ferroviaire 01/23

Aug 09, 2023

3 février 2023

Directeur municipal par intérim Ville d'Ottawa 110, avenue Laurier Ouest Ottawa ON K1P 1J1

Sujet :

Avis de sécurité du transport ferroviaire 01/23 (événement R22H0037)Défaillances continues des ensembles de roulements à cartouche sur les véhicules du train léger sur rail d'Ottawa

Le 14 septembre 2019, l'étape 1 du Transit léger sur rail d'Ottawa (OLRT) a mis en service sa ligne de la Confédération à 13 stations et longue de 12,5 km à Ottawa, en Ontario, à des vitesses pouvant atteindre 90 km/h. Le véhicule sélectionné pour les opérations de l'OLRT était le véhicule léger sur rail (LRV) Citadis Spirit Note de bas de page 1 monté sur des bogies Iponam Note de bas de page 2 (figure 1). Le LRV et les bogies ont été nouvellement conçus et fabriqués par Alstom spécifiquement pour le projet OLRT. L'OLRT a acheté 34 VLR (numérotés de 1101 à 1134) pour l'étape 1 et exploite généralement 2 VLR ensemble comme 1 train de banlieue.

Chaque bogie est équipé de 4 ensembles de roues élastiques et de 2 ensembles d'essieux, entre autres composants. Chaque ensemble d'essieu comprend 2 moyeux de roue et 2 sous-ensembles de roulements à rouleaux à cartouche (ensembles à cartouche) reliés par un essieu cannelé.

Les ensembles cartouches sont situés à l'intérieur des roues, et les roues sont fixées à l'extérieur de chaque moyeu de roue par des boulons pour compléter l'ensemble bogie. Chaque ensemble de cartouche intègre l'axe cannelé à l'ensemble de roue, ce qui permet aux roues de tourner. L'assemblage de la cartouche a été conçu et fabriqué par Texelis à Limoges, en France, sur la base des spécifications d'Alstom pour l'ensemble de l'essieu. Il a ensuite été expédié au Canada pour y être installé. Les composants de l'assemblage de la cartouche sont empilés et maintenus fermement par un gros écrou de blocage (écrou de poussée). Un assemblage de cartouche est installé à chaque extrémité d'un bout d'essieu cannelé, fixé avec des boulons. Chaque assemblage de cartouche comprend 2 ensembles de roulements à rouleaux coniques, une entretoise et un moyeu d'essieu, entre autres composants. Un assemblage de cartouche a un cycle de vie prévu de 1,2 million de km.

Les bogies moteurs ont 1 moteur de traction monté de chaque côté du bogie (2 moteurs au total par bogie). Chaque moteur de traction est relié à une boîte de vitesses de transmission qui s'adapte sur la fusée d'essieu cannelée pour compléter la transmission. Chaque jeu de roues contient un essieu cannelé/transmission de boîte de vitesses d'un côté et un frein à disque de l'autre côté (Figure 2).

Le 8 août 2021, un train de banlieue du TLRO en direction est a déraillé à environ 90 m à l'est de la gare Tunney's Pasture à Ottawa. Il a été déterminé que la roue n° 3 du VLR 1119 s'était détachée de l'essieu en raison d'une défaillance catastrophique non détectée du roulement à rouleaux et de la combustion subséquente du tourillon d'essieu. Il n'y avait aucun passager à bord au moment de l'événement (événement no R21H0099 du BST).

À la suite du déraillement, le parc de VLR de l'OLRT a été retiré du service tandis que des mesures du jeu axial (jeu libre) de l'assemblage de la cartouche ont été effectuées sur l'ensemble du parc (20 par VLR). Les jeux mesurés supérieurs à 0,1 mm ont nécessité le remplacement de l'ensemble de cartouche par un nouvel ensemble, et une nouvelle inspection périodique a été mise en œuvre pour mesurer le jeu libre de l'ensemble de cartouche sur tous les VLR tous les 7 500 km, de façon continue.

Cette inspection initiale de la flotte a identifié 1 cartouche détruite sur le LRV 1119 et 17 cartouches détachées supplémentaires sur 9 autres VLR avec un jeu libre mesuré allant de 0,12 mm à 0,89 mm.

Lors de l'inspection du parc, 3 ensembles de cartouches mobiles ont été identifiés sur le VLR 1121 dans le bogie moteur 2 (BM2) position roue n°11 et dans le bogie moteur 3 (BM3) positions roue n°17 ​​et n°19. Le LRV 1121 a eu lieu à l'OLRT Belfast Yard Maintenance and Storage Facility (MSF) pour des réparations où les 3 ensembles de cartouches libres ont été remplacés entre le 8 et le 11 septembre 2021. Le LRV 1121 a été libéré du MSF le 13 septembre 2021 et a repris le service passagers le 14 Septembre 2021.

Le 27 septembre 2021, le BST a publié la lettre d'avis de sécurité ferroviaire (RSA) 617-02/21Note de bas de page 3 concernant la défaillance de l'ensemble de roulement à cartouche qui a causé le déraillement. Le RSA a suggéré que l'OLRT pourrait souhaiter s'assurer qu'il a des systèmes de détection de chaleur en place pour surveiller les températures des ensembles de roulements à cartouche LRV afin de détecter les roulements à rouleaux surchauffés en temps opportun et d'intervenir avant qu'une défaillance catastrophique en service ne se produise.

À ce jour, à part la surveillance continue du jeu libre des ensembles de cartouches, aucune mesure concrète n'a été prise pour résoudre la lacune de sécurité identifiée dans le RSA.

Le 19 septembre 2021, le train de banlieue OLRT 1121-1138 en direction ouest roulait sur la voie 1 lorsque le BM2 du VLR 1121 arrière a déraillé près du milieu du quai nord de la gare Tremblay alors qu'il quittait la gare. Le train a continué à dérailler sur environ 1400 pieds, sur le pont ferroviaire qui traverse la promenade Riverside, puis s'est mis en situation d'urgence et s'est immobilisé juste à l'ouest du pont ferroviaire. Les 12 passagers et 1 opérateur à bord à ce moment-là ont été évacués une fois qu'il était possible de le faire en toute sécurité. Il n'y a eu aucun blessé (incident du BST no R21H0121).

Le 2 novembre 2021, le BST a émis la lettre RSA 617-03/21,Note de bas de page 4, qui indiquait que les boulons fixant la fusée d'essieu cannelée au moyeu de roue BM2 n° 11 du VLR 1121 n'avaient pas été correctement serrés lors de la remise à neuf. Le LRV 1121 a ensuite été autorisé à entrer en service sans un ensemble complet de données de couple ni aucune vérification que tous les travaux étaient terminés. Le manque de couple appliqué a entraîné la défaillance des 12 boulons de fixation après seulement environ 800 km de service. Une fois les boulons rompus, la boîte de transmission de la transmission s'est déconnectée de la position de roue n° 11. La boîte de vitesses déconnectée est tombée du VLR et a touché l'infrastructure de la voie, provoquant le déraillement.

Dans ce cas, le LRV 1121 a été réparé et sorti d'un atelier uniquement pour qu'un composant critique pour la sécurité tombe en panne et provoque un accident grave dans les 5 jours suivant sa sortie. L'accident a démontré que l'entretien incohérent et incomplet des composants critiques pour la sécurité d'un VLR peut avoir de graves conséquences. Le RSA a suggéré que l'OLRT pourrait souhaiter effectuer un examen approfondi de tous les travaux effectués sur les composants critiques pour la sécurité afin de confirmer que les procédures sont suivies et qu'il y a suffisamment de surveillance en place pour empêcher qu'un événement similaire ne se reproduise. Depuis l'émission du RSA, des mesures ont été prises pour améliorer les procédures d'entretien et la surveillance des travaux effectués au MSF sur les VLR OLRT.

Le 21 juillet 2022, un conducteur de l'OLRT a signalé que le LRV 1127 avait subi une vibration inhabituelle pendant son fonctionnement. Le LRV 1127 a par la suite été retiré du service et emmené au MSF pour inspection (événement BST no R22H0037).

Le 23 juillet 2022, lors de l'inspection du jeu libre des 20 ensembles de cartouches LRV, l'ensemble sur le frein à disque de l'essieu 1 sur BM1 (position de roue 1) affichait 10 fois la limite maximale de jeu libre. L'ensemble a été déposé et un examen plus poussé a révélé que le moyeu de l'essieu était si gravement endommagé qu'une défaillance catastrophique était susceptible de se produire s'il était resté en service (figure 3).

Par la suite, 3 assemblages de cartouches ont été envoyés au Laboratoire technique du BST pour un examen détaillé (tableau 1).

1127

UN

1

Frein à disque (en panne)

197 967

08 juillet 2022

4493

1127

UN

2

Moteur

197 967

08 juillet 2022

4493

1131

B

3

Moteur

240 597

03 août 2022

3201

Le moyeu d'essieu défectueux du LRV 1127 a été examiné au laboratoire du BST au microscope optique et au microscope électronique à balayage (MEB). Lors d'un examen au SEM, les surfaces de rupture présentaient des indications de marques de plage, synonymes de ruptures de fatigue classiques. Le point d'amorçage de la rupture a été identifié à l'extrémité chanfreinée du moyeu de l'essieu.

Le chemin de roulement intérieur du cône du roulement à rouleaux du grand cône était fracturé. La fracture était une fracture de surcharge instantanée et n'a pas été causée par la fatigue. Les surfaces de fracture du chemin de roulement affichaient la présence d'oxydation, ce qui donne à penser que la fracture du chemin de roulement était présente depuis un certain temps avant la défaillance du moyeu d'essieu. Le chemin de roulement du cône présentait un certain écaillage, qui s'est probablement produit à la suite de la fracture.

Au cours des examens de l'assemblage de la cartouche, des zones de décoloration par la chaleur ont été observées sur plusieurs composants, et l'état de certains échantillons de graisse suggérait que les assemblages avaient été soumis à un épisode de chaleur supérieur à la moyenne, probablement lié à la détérioration de l'état de l'assemblage de la cartouche.

En résumé, les 3 ensembles de cartouches examinés par le BST présentaient de nombreux modes de défaillance. Les modes comprenaient les fractures de fatigue, la fatigue de contact de roulement, l'usure de surface, l'usure par impact, l'érosion environnementale et l'usure par frottement. Les dommages observés étaient largement répandus dans tous les ensembles de cartouches et ne se limitaient pas à un composant en particulier. Par conséquent, il n'a pas été possible de déterminer lequel des mécanismes de défaillance observés s'est produit en premier. Cependant, sur la base des observations faites, on peut affirmer ce qui suit :

Étant donné que le moyeu d'essieu de l'ensemble cartouche côté frein à disque de l'essieu A du LRV 1127 est tombé en panne dans un intervalle inférieur à 7500 km (4393 km) depuis l'inspection précédente, le 29 juillet 2022, Alstom a révisé les intervalles d'inspection du jeu libre de l'ensemble cartouche pour les VLR OLRT comme suit :

Étant donné que les VLR OLRT n'ont pas de système de détection de chaleur d'ensemble de cartouche automatisé à bord, les inspections de jeu libre continuent d'être nécessaires. Cependant, cette tâche de maintenance supplémentaire est laborieuse et chronophage pour un composant qui devrait durer plus de 1,2 million de km.

Suite au déraillement du LRV 1119 le 08 août 2021, Alstom a mis en place une nouvelle inspection périodique pour mesurer et enregistrer le jeu libre de l'assemblage de la cartouche sur tous les LRV tous les 7500 km, de manière continue. Le BST a examiné les données enregistrées pour ces inspections pour la période du 8 août 2021 au 11 août 2022. Au total, plus de 11 000 mesures de jeu libre individuelles ont été effectuées et les observations suivantes ont été faites :

Alstom est l'un des principaux fabricants de VLR de banlieue et a déployé avec succès des conceptions pour d'autres projets de métro léger sur rail (LRT) dans le monde, tels qu'Istanbul, en Turquie (Citadis X01), et Paris, en France (Citadis Dualis), pour n'en nommer qu'un peu. Ce sont deux plates-formes LRV établies qui ont eu peu de problèmes de fiabilité signalés. En revanche, le VLR Alstom Citadis Spirit construit pour l'OLRT a connu de nombreux problèmes de fiabilité et a connu 2 déraillements graves en voie principale depuis sa mise en service. Les 3 conceptions d'Alstom LRV sont équipées du même ensemble de cartouche. Le tableau 2 fournit une brève comparaison de certaines des différences entre les 3 conceptions de LRV d'Alstom.

Nbre d'essieux

6

dix

dix

Nb de bogies moteurs

2

3

3

Nb de bogies porteurs

1

2

2

Longueur VLR

28 mètres

42 mètres

48 mètres

Poids à vide VLR

42 tonnes

77 tonnes

81 tonnes

Poids chargé LRV

57 tonnes

99 tonnes

113 tonnes

Type de bogie

Ixège

Ixège

je vais le mettre

Châssis de bogie

Rigide

Rigide

Articulé

Suspension

Caoutchouc

Caoutchouc

Ressort en acier et coussin d'air

Moteur

Moteur à aimant permanent (PMM)*

PMM

Induction**

* Un moteur à aimant permanent (PMM) est un moteur électrique à vitesse synchrone qui tourne à vitesse constante (tr/min) et a un couple uniforme.

** Un moteur à induction est un moteur électrique à vitesse asynchrone qui peut produire plus de puissance et a un couple plus élevé à des régimes plus bas qu'un PMM. Plusieurs arrêts-démarrages utilisant des moteurs à induction peuvent introduire des fluctuations de contrainte et de couple plus élevées sur les éléments de la transmission.

En janvier 2012, Alstom a présenté une proposition pour le projet OLRT qui correspondait à la spécification technique originale de la Ville d'Ottawa à l'époque. Le concept proposé était un VLR de 29 m de long, étroitement dérivé du Citadis Dualis de Paris. L'offre initiale d'Alstom ne répondait pas aux exigences de la Ville d'Ottawa et Alstom a été disqualifié du processus.

Peu de temps après, la Ville d'Ottawa a modifié les exigences et a maintenant exigé des VLR pouvant transporter jusqu'à 24 000 PPHPD à des vitesses allant jusqu'à 100 km/h, un service plus typique d'un système de métro à plus grande capacité. Par la suite, le Rideau Transit Group (RTG) a approché Alstom pour fournir des VLR pour le projet. Alstom a indiqué à RTG que les trains qu'ils souhaitaient n'existaient pas encore mais pouvaient être développés. Cela a conduit au développement de la plate-forme Citadis Spirit LRV plus longue, plus lourde et plus rapide en conjonction avec les nouveaux bogies moteurs Iponam équipés de moteurs à induction, similaires à ceux utilisés pour le métro de New York.

Le moteur à induction utilisé pour le Citadis Spirit produit plus de couple et accélère plus rapidement que les PMM utilisés pour les VLR d'Istanbul et de Paris. Avec une vitesse de fonctionnement initiale de 90 km/h et 13 stations sur la ligne de la Confédération du TLRO longue de 12,5 km, des démarrages et des arrêts fréquents pourraient potentiellement accélérer l'usure des composants d'entraînement et de freinage du bogie moteur. Cette observation est conforme à l'analyse par le BST des inspections d'assemblages de cartouches, qui a révélé que la plupart des 68 défaillances d'assemblages de cartouches se sont produites dans des bogies moteurs (63); 57% (36/63) côté moteur de transmission et 43% (27/63) côté frein à disque.

À ce jour, il y a eu 2 déraillements graves en voie principale et une défaillance de composant quasi catastrophique qui impliquent tous des ensembles de cartouches OLRT LRV. Bien que les matériaux utilisés pour fabriquer les ensembles de cartouches soient conformes aux spécifications du fabricant, les 3 ensembles de cartouches examinés par le BST présentaient de nombreux modes de défaillance. Les dommages observés étaient largement répartis dans tous les assemblages et ne se limitaient pas à un seul composant en particulier. De plus, des zones de décoloration par la chaleur observées sur plusieurs composants et l'état de certains échantillons de graisse suggèrent que les assemblages ont été soumis à un événement de chaleur supérieur à la moyenne qui était probablement lié à une détérioration de l'état de l'assemblage de la cartouche qui n'a pas été détectée.

Dans les cas cités, la cause profonde des défaillances de l'assemblage de la cartouche ne peut être attribuée à un seul composant. Il est probable que la combinaison du LRV nouvellement conçu, des nouveaux bogies Iponam et d'une transmission plus puissante puisse jouer un rôle dans la défaillance des assemblages de cartouches.

Ces défaillances d'assemblage de cartouche continuent de poser un risque pour la sécurité jusqu'à ce que les problèmes soient résolus. Par conséquent, la Ville d'Ottawa pourrait souhaiter s'assurer que toutes les parties impliquées dans l'entreprise du TLRO travaillent ensemble pour résoudre les risques de conception, d'exploitation et d'entretien pour la sécurité, au fur et à mesure qu'ils se présentent. En outre, les parties concernées devraient veiller à ce que des systèmes de surveillance embarqués efficaces pour les composants de VLR critiques pour la sécurité, tels que les ensembles de roulements à cartouche, soient mis en place pour protéger le public voyageur.

Le BST apprécierait d'être informé des mesures, le cas échéant, qui seront prises à cet égard.

Cordialement,

Original signé parVincenzo De AngelisDirecteur, Enquêtes - Rail/Pipeline

CC.

Directeur général, Services de transport en commun Ville d'Ottawa

Directeur adjoint de la sécurité, Services de transport en commun Ville d'Ottawa

Président-directeur général Rideau Transit Group General Partnership

Directeur, Services techniques Entretien Rideau Transit

Responsable Qualité Services Amériques du Nord Alstom

Ingénieur SAV Texelis

Directeur général, Sécurité ferroviaire Transports Canada

LRV est un terme nord-américain pour un tramway. Les VLR sont généralement exploités pour des systèmes qui transportent entre 3 000 et 10 000 passagers par heure et par direction (PPHPD). À titre de comparaison, un système de métro ou de métro est un système ferroviaire plus lourd qui transporte entre 10 000 et 50 000+ PPHPD.

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Bogie est un terme couramment utilisé dans l'industrie pour décrire un ensemble de camion LRV pour passagers de banlieue. Le bogie Citadis Spirit nommé Iponam (Ixège pour l'Amérique du Nord) est une évolution du bogie classique Alstom Ixège utilisé pour les systèmes LRV de Paris en France et d'Istanbul en Turquie.

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Avis de sécurité ferroviaire 617-02/21 du BST, « Défaillance de roulement à rouleaux entraînant le déraillement d'un véhicule du train léger sur rail d'Ottawa » (publié le 27 septembre 2021).

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Avis de sécurité ferroviaire 617-03/21 du BST, « Procédures de travail pour l'entretien des véhicules du train léger sur rail d'Ottawa » (publié le 2 novembre 2021).

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