Studio sperimentale dell'adesione ruota-rotaia in condizioni di frenata di un veicolo ferroviario = Experimental study of the adhesion between the wheel-rail under braking conditions of a railway vehicle

La dinamica del veicolo ferroviario dipende profondamente dalle condizioni al contatto tra le ruote e la rotaia. Le forze che hanno origine da questa interazione guidano il veicolo durante la marcia e ne caratterizzano il comportamento durante le fasi di trazione e frenata. La comprensione dei fenomeni che stanno alla base dell’adesione nel contatto ruota-rotaia è essenziale per un miglioramento delle prestazioni, della sicurezza e dell’efficienza della rete ferroviaria. Il coefficiente di adesione è uno dei parametri prestazionali del veicolo che restituisce informazioni sulle condizioni delle superfici a contatto. Questo parametro è fortemente influenzato dalla presenza all’interfaccia tra ruota e rotaia di sostanze provenienti dall’ambiente esterno (acqua, neve, foglie e polveri) e lubrificanti come olio e grasso, utilizzati per ridurre i livelli di usura della ruota e della rotaia. Tutti questi contaminanti riducono sensibilmente i valori di adesione. Comprendere in che modo influiscono sul coefficiente di aderenza è necessario per poter realizzare dei modelli di adesione degradata che consentano di prevedere la dinamica di un veicolo in marcia su una linea contaminata. Bassi valori di adesione determinati dai contaminanti portano, in frenata, ad avere delle distanze di frenatura maggiori con evidenti problemi di sicurezza. Un altro fenomeno da dover prendere in considerazione durante la frenata è quello del recupero di adesione. Quando la ruota frenata raggiunge alti livelli di scorrimento le forze d’attrito rimuovono gradualmente il contaminante dalle superfici di ruota e rotaia. Le ruote in testa al veicolo sono caratterizzate, quindi, da livelli di adesione inferiori rispetto a quelle che seguono. Una buona conoscenza di questi fenomeni permetterebbe di sviluppare nuovi algoritmi per i sistemi meccatronici WSP e Antiskid che ottimizzano la distribuzione di coppia frenante/trazione tra le ruote incrementando così le performance, l’efficienza e la sicurezza. Il gruppo di ricerca del Politecnico di Torino ha sviluppato un innovativo roller-rig multi-asse per lo studio dell’adesione in presenza di contaminanti e del fenomeno del recupero di adesione. Il seguente elaborato di tesi presenta uno stato dell’arte in merito alla tribologia del contatto ruota-rotaia in differenti condizioni di contaminazione, trattando anche i modelli numerici più diffusi per il calcolo dell’adesione. Viene brevemente descritta la configurazione del roller-rig multi-asse del Politecnico di Torino e presentate le strategie di acquisizione dati e post-processing. Infine, sono riportati i risultati ricavati da diverse prove sul banco; in particolare le caratteristiche di adesione ottenute al variare di alcuni parametri di prova e i risultati di prove che indagano il recupero di adesione in frenata.