Modulo 3 - Licenza da macchinista

IN PRATICA IN PIANURA LO SFORZO PER TRAINARE UNA TONNELLATA DI TRENO SI CONSIDERANO 5 Kg

PER LE LINEE IN SALITA, SI DEVE AGGIUNGERE 1 Kg. PER OGNI 1% (Se la forza è espressa in N, si ricorda 1kg equivale a 9,81 N).

Resistenza dovuta all'inerzia

La forza F necessaria a vincerla viene spesa per provocare incrementi di velocità: F = m * a

Nei rotabili sono presenti delle masse rotanti (sale, indotti dei motori, ecc.) che, oltre a muoversi traslando, effettuano anche un movimento rotatorio e quindi con una spesa energetica aggiuntiva. Di ciò si tiene conto incrementando opportunamente la massa con un fattore µ:

• µ = 0,2 per locomotive elettriche
• µ = 0,15 per elettromotrici
• µ = 0,05 per i veicoli

Massa complessiva = m (1 + µ)

Forze che governano il moto dei treni

• Ribaltamento in curva • S = scartamento
• h = altezza del baricentro
• R = raggio curvatura
• V = velocità
• P = peso veicolo
• Fc = forza

centrifugaPer l'equilibrio del sistema è: • Fc • h = P • ½S Sostituendo Fc• M V²/R • h = P • ½S Da cui la velocità limite al ribaltamento: Sopraelevazione La sopraelevazione della rotaia esterna fa si che si possa compensare in tutto o in parte l'effetto della forza centrifuga. La parte di forza centrifuga non compensata prende il nome di Accelerazione Non Compensata (ANC). Dal valore di ANC che un veicolo può sopportare dipende l'assegnazione del veicolo stesso ad una determinata categoria di velocità (RANGO), nei limiti di garantire comunque, un adeguato livello di confort dei viaggiatori. La sopraelevazione massima della rotaia esterna, ammessa in Italia, per compensare in tutto o in parte l'effetto della forza centrifuga è stabilito in 16 cm. Per la parte di forza centrifuga non compensata dalla sopraelevazione, sono ammessi i seguenti valori massimi dim/s² per i treni ad assetto variabile.

m/s²Ovviamente questo incremento permette di raggiungere velocità di molto superiori a quelle possibili da altri tipi di materiale rotabile.

L’assetto variabile è la tecnologia ferroviaria che in alcuni rotabili permette l’inclinazione automatica della cassa rispetto al carrello del veicolo durante la marcia in curva (10°). Questa soluzione consente ai veicoli di percorrere a maggior velocità tracciati curvilinei. La massima sopraelevazione che in pratica viene realizzata nei percorsi in curva, non è sufficiente a compensare interamente la forza centrifuga nei treni più veloci. Allo scopo di permettere a questi treni di raggiungere maggiori velocità in curva ed accrescere il comfort di marcia, quando essi si inseriscono in curva, viene opportunamente variato l’assetto della cassa.

Svio e deragliamentoAvviene lo svio quando le ruote dei veicoli abbandonano le rotaie e continuano a muoversi sulle traverse e sulla massicciata. Abbiamo,

Invece, il deragliamento avviene quando i veicoli sviati si abbattono su un lato o si capovolgono, finendo sulla massicciata, nell'intervia o nella scarpata.

Sforzo di trazione

Per garantire la trazione bisogna fornire l'energia necessaria tramite il motore, che garantirà il necessario sforzo di trazione F: F = ∑ R

All'avviamento, per raggiungere la velocità stabilita, bisognerà aggiungere lo sforzo per vincere l'inerzia del sistema: Fa = ∑ R + m • a

Durante la marcia il valore ∑ R è variabile e pertanto anche lo sforzo di trazione richiesto al motore. Ne consegue che la trazione ferroviaria ha bisogno di motori con caratteristiche di funzionamento molto "elastiche".

Lo sforzo di trazione che viene generato dalla locomotiva viene messo a disposizione alla periferia delle ruote; una parte di questo sforzo viene utilizzato per il traino della locomotiva, mentre l'altra parte viene trasferito al gancio di trazione per il traino.

della parte di trenorimorchiato. Lo sforzo di trazione al "cerchione" Fc indica la forza tangenziale che si esercita alla periferia delle ruote di trazione della locomotiva: Fc = Mmc / r Mmc: momento motore al "cerchione" delle ruote [N·m] r: raggio delle ruote: [m] Lo sforzo di trazione al gancio (di trazione della Loc.): Fg indica la forza di trazione con la quale la locomotiva traina il materiale rimorchiato; Cabraggio Il cabraggio è un fenomeno che riguarda genericamente sistemi su ruote nel caso che le stesse siano produttrici di forza motrice o frenante. Il fenomeno consiste nella variazione del carico agente sulle ruote in conseguenza di una azione frenante o traente di queste. Infatti la combinazione tra le forze prodotte dalle ruote e le resistenze al moto (dovute ad attrito, carico o inerzia) produce un momento cabrante che normalmente tende a scaricare la ruota in avanti rispetto alla direzione di marcia in caso di trazione e all'opposto incaso di frenata. Questa variazione di carico comporta la variazione della massima forza tangenziale applicabile senza che intervengano fenomeni di slittamento. Anticabraggio Sulle locomotive quindi vengono implementati dispositivi di anticabraggio che, abilitati dal macchinista, provvedono a dare minore energia ai motori degli assi anteriori rispetto a quella erogata a quelli posteriori in modo tale da evitare fastidiosi slittamenti ruota-rotaia. Tecnicamente, sui motori del primo asse di ogni carrello senso marcia viene tenuto inserito un livello in più di indebolimento di campo (shunt), che diminuisce la coppia erogata, e di conseguenza il rischio che l'asse vada in fuga. Su alcune locomotive vengono utilizzati dei collegamenti tra cassa e carrelli mediante aste di trazione che provvedono a ridurre la coppia di sollevamento dell'asse anteriore. Slittamento Qualora la forza applicata sia superiore all'ADERENZA si incorre nello slittamento, in queste evenienze per ritornare

in condizioni di aderenza bisognerà diminuire la forza applicata o aumentare il coefficiente di aderenza magari con l'introduzione di sabbia tra ruota e rotaia.

Arresto

Per arrestare correttamente un corpo su ruote bisogna applicare una forza S ai ceppi tale che F (forza frenante per coeff. di attrito radente f1) sia minore all'ADERENZA 'A' (peso per coeff. Aderenza f).

1f = coefficiente di attrito ceppo-ruota

f = coefficiente di aderenza ruota-rotaia

Durante la frenatura si avrà trasformazione di Energia Cinetica in calore per effetto dell'attrito ceppo/pattini su ruote/dischi.

Pattinamento

Se S sarà maggiore di A allora la ruota si bloccherà, pattinerà sulla rotaia, genererà un attrito radente che a sua volta trasformerà l'energia cinetica in calore e si deformerà la ruota (sfaccettature) ma soprattutto si allungheranno gli spazi di frenatura.

Il coefficiente d'attrito tra ceppo in ghisa e

cerchione decresce all'aumentare della velocità più rapidamente rispetto al coefficiente di aderenza (fino a 50 km/h); Un freno ideale dovrebbe quindi modificare il rapporto F/P al variare della velocità;

In pratica si usano freni a 2 o 3 stadi di pressione, ottenuti mediante appositi dispositivi;

I valori di f / f ¹= F / P sono:

• per veicoli ad uno stadio di pressione 0,75 ÷ 0,85
• per i veicoli a due stadi di pressione 1,20 ÷ 1,60.

Equilibrio ruota frenante

Quindi riassumendo:

• L'Aderenza è un termine che indica il massimo sforzo che può essere trasmesso in fase di avviamento, nonché di mantenimento della velocità e di frenatura attraverso il contatto ruota-rotaia in assenza di slittamento o di pattinamento.
• Durante la marcia il valore della somma delle resistenze che il treno deve affrontare è variabile, di conseguenza anche lo sforzo di trazione richiesto al motore varia, da

ciò deriva dalla necessità di avere in ferrovia motori con caratteristiche di funzionamento in trazione abbastanza elastiche. Per mantenere il treno in condizioni di aderenza bisogna saper dosare gli sforzi di trazione e la frenatura. Prestazione massima: di una locomotiva, cioè il carico (espresso in tonnellate) che essa può trainare o eventualmente spingere su un determinato tratto di linea, garantendo dopo l'arresto la ripresa della corsa con il minimo valore di accelerazione. (Corrente elettrica e costituzione della materia (vedi quad) Per effetto dell'attrazione o repulsione, un atomo può perdere degli elettroni periferici, a vantaggio di un altro atomo. In questi casi il primo manifesta uno stato elettrico positivo ed il secondo uno stato elettrico negativo. I protoni presentano cariche elettriche positive, i neutroni sono elettricamente neutri, gli elettroni hanno cariche negative. I corpi che permettono con facilità lo spostamento di elettroni,

I corpi che permettono il passaggio delle cariche elettriche, da un atomo all'altro, sono chiamati corpi conduttori. Quelli che si comportano in maniera opposta sono chiamati isolanti.

Un movimento di scorrimento degli elettroni in una determinata direzione dà luogo alla corrente elettrica.

Generatore elettrico

Un generatore ha il compito di spostare gli elettroni liberi contenuti nei corpi conduttori. Gli elettroni vengono indirizzati nel senso voluto spingendo avanti la colonna e facendoli rientrare nel generatore. Questa circolazione viene chiamata corrente elettronica o corrente elettrica.

L'affluenza di elettroni al morsetto negativo cessa quando la forza che li spinge viene equilibrata dalla reazione degli elettroni stessi che esercitano azioni di contrasto nei confronti del lavoro fatto dal generatore. In questa situazione si ha la massima differenza di potenziale.

DIFFERENZA DI POTENZIALE = TENSIONE ELETTRICA = ENERGIA DISPONIBILE

Corrente contin...