Calibrazione sperimentale di un banco prova multiasse per lo studio del fenomeno della riadesione = Experimental Setup of an Innovative Multi-axle Roller Rig for the Investigation of the Re-adhesion Phenomenon

Le forze scambiate all’interfaccia ruota-rotaia rappresentano uno degli aspetti di maggior interesse all’interno della ricerca ferroviaria, in quanto influenzano il comportamento dinamico del veicolo giocando un ruolo fondamentale durante le fasi di trazione e frenatura. La determinazione ed il calcolo delle forze di contatto sono compiti estremamente complessi a causa della variabilità delle condizioni dell’orma di contatto, dovuta alla presenza di differenti tipi di contaminante. Il rapporto fra forze longitudinali e normali, denominato coefficiente di aderenza, dipende fortemente da eventuali sostanze che si trovino a giacere all’interfaccia ruota-rotaia, quali acqua, olio, grasso, foglie e neve. A causa di questi contaminanti, l’aderenza può crollare a valori ridotti, affliggendo seriamente le prestazioni, la puntualità e la sicurezza dell’intero sistema ferroviario. Sabbia e prodotti ingegnerizzati, denominati friction modifiers, vengono sparsi all’interfaccia ruota-rotaia rispettivamente per recuperare l’aderenza e per mantenerla ad un valore costante di ottimo. Inoltre, i veicoli moderni dispongono di sistemi meccatronici che hanno il compito di massimizzare le prestazioni e la sicurezza, in entrambe le fasi di trazione (Antiskid) e frenatura (Wheel slide protection, WSP). Il funzionamento di tali dispositivi è basato su una corretta distribuzione dello sforzo di trazione/frenatura fra le differenti ruote dell’intero convoglio. La modellazione delle condizioni di aderenza degradata è dunque un aspetto di grande importanza per poter correttamente prevedere il comportamento di un veicolo che corre lungo una sezione contaminata di tracciato. Tuttavia, non si tratta di un compito semplice a causa della complessità numerica del problema, che diventa ancora più arduo se si tiene conto del fenomeno della riadesione. Infatti, le ruote anteriori del veicolo hanno un effetto pulente sulla superficie della rotaia che può determinare un recupero di aderenza sulle sale successive. Inoltre, è estremamente oneroso condurre prove in linea per acquisire dati sperimentali utili alla validazione di modelli che considerano la presenza di contaminanti sulla linea. A causa di ciò, i ricercatori fanno uso di diversi dispositivi di laboratorio in grado di riprodurre le condizioni al contatto e la dinamica del veicolo con differenti livelli di approssimazione, quali pin-on-disk machines, twin-disk machines, mini traction machines e roller rig in scala ridotta o reale. Il seguente elaborato di tesi presenta uno stato dell’arte in merito alla tribologia del contatto ruota-rotaia in differenti condizioni di contaminazione, mostrando i modelli numerici per il calcolo del coefficiente di aderenza e gli apparati sperimentali utilizzati per lo studio dell’aderenza degradata. Particolare attenzione è rivolta alla descrizione ed al setup sperimentale di un innovativo roller rig multisala presente al DIMEAS del Politecnico di Torino, costituito da 4 sale ferroviarie che insistono sulla medesia coppia di rulli. Tale banco prova è volto a ottenere una più profonda comprensione del fenomeno della riadesione. Infine, vengono mostrate alcune caratteristiche di aderenza ottenute per diverse condizioni di pulizia delle superfici a contatto e differenti valori di velocità angolare dei rulli.