Studio sperimentale di attrito, usura e comportamento termico mediante banco prova twin-disc in ambito ferroviario = Experimental study of friction, wear and thermal behavior using a twin-disc test rig in the railway field

Il lavoro di questa tesi magistrale si introduce all’interno dello studio dell’interazione ruota-rotaia e allo studio dei fenomeni di attrito, usura e dissipazione energetica durante le fasi di frenatura dei veicoli ferroviari. Negli ultimi anni la ricerca scientifica ha sviluppato numerosi modelli predittivi capaci di stimare l’evoluzione dell’usura e dei danneggiamenti superficiali della ruota, la cui efficacia dipende fortemente da dati sperimentali accurati e ripetibili. Per ottenere questi dati, sono stati sviluppati numerosi banchi di prova tribometrici, tra cui figurano i banchi di prova twin disc, capaci di simulare in maniera efficace il contatto ruota-rotaia, tra cui l’innovativo banco twin-disc in scala ridotta(1:5), progettato sulla base del criterio di similitudine di pascal e modificato per simulare la similitudine termica. La tesi descrive la calibrazione del banco, con particolare attenzione all’integrazione di sistemi di misura, nonchè all’implementazione di un ambiente di controllo e acquisizione dati basato su LabVIEW e protocollo Modbus TCP/IP. In seguito sono presentate le procedure sperimentali relative all’impianto frenante, comprese di test di repitibilitàe lavorazione di misura dei coefficienti di attrito e fattori di usura su ceppi in ghisa e materiale composito. Le prove termiche hanno inoltre permesso di analizzare la distribuzione dei campi di termperatura generati dal contatto. I risultati hanno mostrato la capacità del banco di garantire un’elevata ripetibilità e di poter replicare efficacemente le condizioni operative reali. Le campagne di misura hanno quindi evidenziato la validità del banco twin-disc al fine di ricavare informazioni relative alla tribologia del contatto ruota-rotaia e del contatto ceppo-ruota. È stato inoltre eseguito un lavoro preliminare al fine di integrare al banco di prova termometri a infrarossi, o pirometri, con annesse condizioni operative e possibili modifiche al banco di prova.