Studio sperimentale di un sistema di monitoraggio per l'impianto frenante di veicoli ferroviari = Experimental analysis of a monitoring device for the braking system of a railway vehicles

Negli ultimi anni il sistema di trasporto ferroviario ha subito un notevole sviluppo, imponendosi come mezzo di trasporto passeggeri e merci in tratte brevi-medie, garantendo sempre alto lo standard di confort e sicurezza. In questo contesto, si colloca l’adozione di sistemi di monitoraggio e diagnostica: essi consentono di monitorare gli elementi dell’apparato in esame, che possono comportare criticità e compromettere il funzionamento o l’integrità di quest’ultimo. Ciò è reso possibile grazie ad un’opportuna strumentazione, che ha il compito di rilevare le grandezze fisiche d’interesse, il cui valore viene ricevuto ed elaborato da una centralina di monitoraggio. Essi richiedono lunghi test per essere calibrati e validati, per tale motivo l’esecuzione di prove in linea risulta complicata e costosa. Viene preferita la via dei test in laboratorio, mediante l’utilizzo di piattaforme di simulazione che hanno il compito di riprodurre le condizioni di esercizio degli elementi testati. Il presente elaborato ha lo scopo di testare sperimentalmente l’impianto frenante ad aria compressa di un tipico veicolo ferroviario destinato al trasporto merci. Il sistema di frenatura è stato riprodotto, secondo un modello equivalente presso il laboratorio di Meccanica Ferroviaria del Politecnico di Torino e testato attraverso l’utilizzo di un banco prova di tipo Roller-rig. Nel capitolo 1 sono state trattate le tipologie di sistemi frenanti ferroviari, ponendo la dovuta attenzione sul sistema frenante pneumatico che tipicamente equipaggia un sistema di trasporto merci. Sono stati analizzati la sua architettura, il suo funzionamento e le problematiche connesse alla messa in esercizio dello stesso. Nel capitolo 2 è stata fatta una panoramica di alcuni sistemi di test che vengono utilizzati nell’ambito delle prove dei sistemi frenanti di convogli ferroviari. Essi presentano strutture e strategie di funzionamento diverse a seconda della natura della criticità che si intende investigare. All’interno di quest’area di ricerca, sono stati progettate e realizzate le piattaforme di prova di tipo Roller-rig. Un esemplare è stato realizzato anche dal gruppo di ricerca di Meccanica Ferroviaria del Politecnico di Torino, la cui descrizione particolare è affrontata nel capitolo 3. Il Roller-rig del Politecnico di Torino è costituito da una struttura modulare, che si può, quindi, suddividere in sottosistemi: Telaio, Rulli, Sale, Sistema di sospensione e Sistema frenante. Il banco è stato equipaggiato con un nuovo sistema franante, il cui layout è stato realizzato tenendo conto del funzionamento generale di un sistema reale, andando a simulare il comportamento degli elementi principali di quest’ultimo. Nel capitolo 4 è trattata la simulazione di frenata realizzata a banco, partendo dallo studio della dinamica longitudinale del veicolo e implementando una strategia per il controllo della decelerazione dei rulli del banco. La frenata avviene a seguito di opportune manovre di comando destinate al sistema di frenatura. Artificialmente, questo è ottenuto mediante un pannello di manovra costruito in linguaggio LabView. Le prove realizzate hanno, inoltre, consentito, oltre al monitoraggio delle grandezze di interesse, la valutazione dello spazio di arresto del veicolo, assicurando una coerenza con le prescrizioni delle norme UIC. Nell’ultimo capitolo sono tratte le dovute conclusioni, evidenziando i punti forti e i punti deboli dei risultati sperimentali.