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Sicurezza e comfort nei treni ad assetto variabile in presenza di avarie ai sistemi attivi

Informazioni tesi

  Autore: Domenico Maisano
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2002-03
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Meccanica
  Relatore: Giovanni Roccati
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 209

I principali sistemi controllati, che equipaggiano i treni ad assetto variabile di tipo Pendolino, al fine di garantire la sicurezza ed il comfort di marcia, sono:
1) il sistema di rotazione attiva della cassa;
2) la sospensione laterale attiva.
Il fine della tesi è lo studio dinamico dei guasti più probabili che i due sistemi attivi introdotti possono subire, al fine di stabilire quali siano gli effetti incidenti sulla sicurezza e sul comfort di marcia.

Nel Capitolo 1 si descrive l’allestimento del modello multi-corpo (a parametri concentrati), relativo al veicolo ferroviario studiato nelle analisi, e la successiva verifica di validità dello stesso. Una volta creato il modello in questione, si è verificato che esso permettesse di simulare bene il comportamento dinamico reale, in una serie di condizioni standard ritenute di interesse (come marcia nel rettilineo, inscrizione in curva, sghembo ferroviario ecc..).
Nel Capitolo 2 si presenta una descrizione sul tipo di funzionamento e sui principali componenti dei sistemi attivi di Tilting ed HoD. Tale trattazione è importante per le finalità perseguite perché consente di individuare i guasti più probabili e degni di rilievo.
Il Capitolo 3 contiene la descrizione dei guasti e delle avarie riprodotti e analizzati e delle motivazioni che hanno portato alla loro scelta.
Il Capitolo 4 riguarda l’esposizione delle attività intraprese per creare uno strumento di calcolo, di utilizzo semplice e veloce, che consenta di simulare e di studiare le avarie più importanti che occorrono ai sistemi attivi di Tilting e di HoD.
Nel Capitolo 5 è presentata una descrizione sui criteri di analisi e confronto usati per valutare i risultati delle simulazioni. In questa sezione si illustrano i parametri ritenuti più significativi ed al tempo stesso di pratico impiego, sulla base dei quali poter vagliare gli effetti dei vari guasti su sicurezza e comfort.
Nei Capitoli 6, 7 e 8 si mostrano i risultati delle simulazioni compiute per ciascuno dei guasti giudicati più importanti ed interessanti. Per ogni simulazione si verifica dapprima che l’avaria “virtuale” sia avvenuta nel modo previsto e in secondo luogo si pubblicano i grafici che illustrano meglio la sua influenza sulla sicurezza di marcia e sul comfort. Grazie a modelli analitici semplificati, si giustificano inoltre i principali effetti negativi, che ciascuna avaria produce.
Segue il capitolo riservato alle conclusioni sul lavoro svolto. In esso si fa un breve accenno alla diagnostica effettivamente presente sui treni di tipo Pendolino, per stabilire se è in grado di rilevare i guasti simulati e minimizzarne i rischi.

L’appendice è stata concepita per raggiungere principalmente due scopi.
I. Per fornire, a chi non abbia conoscenze specifiche di dinamica ferroviaria, gli elementi di base per la comprensione di ognuno dei capitoli finora descritti, senza che debbano essere cercati altrove. Per raggiungere questo primo obiettivo spesso e volentieri sono state presentate trattazioni semplificate che privilegiano la rapidità di comprensione, tralasciando ogni tipo di descrizione o approfondimento che vada al di là degli intenti della tesi.
II. La seconda funzione dell’appendice è di dare spazio ad elaborati e risultati di interesse secondario nell’ambito del lavoro, consultabili a discrezione del lettore.

Gli argomenti trattati ed i documenti contenuti nelle diverse sezioni in cui è suddivisa l’appendice sono:
- sistema di riferimento utilizzato e descrizione e nomenclatura dei principali elementi costruttivi di un veicolo ferroviario;
- fondamenti sul contatto ruota/rotaia e sulle forze di ripage;
- filosofia dei codici multi-corpo e descrizione sommaria di Vampire;
- indicazioni aggiuntive sul modello multi-corpo allestito;
- frequenze cinematiche di Klingel e concetto di conicità equivalente;
- concetto di stabilità laterale di marcia;
- concetti di base sullo studio dell’inscrizione in curva di un veicolo ferroviario;
- descrizione sommaria dello sghembo ferroviario;
- indicazioni e differenze di base tra gli elementi attivi, semi-attivi e passivi;
- concetti di base sul comfort;
- listato della routine per evidenziare quali sono gli interventi che sono stati fatti su di essa;
- grafici ritenuti di interesse secondario, risultati dalle simulazioni di av

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Introduzione 2 INTRODUZIONE Finalità della Tesi La ricerca, nell’ambito dei veicoli ferroviari, di miglioramenti, in termini di velocità e di qualità di marcia, comporta lo studio e l’impiego di carrelli sempre più complessi, dotati di un numero crescente di sistemi controllati (o attivi). Il principale esempio in Italia di questa tendenza è costituita dal rotabile di ultima generazione PENDOLINO: concepito negli anni ’80, sviluppato e perfezionato nel tempo, e operativo sul territorio nazionale ed estero da oltre 15 anni con risultati positivi. I principali sistemi controllati, che equipaggiano questa tipologia di treno, al fine di garantire la sicurezza ed il comfort di marcia, sono: 1) il sistema di rotazione attiva della cassa; 2) la sospensione laterale attiva. Il sistema di rotazione attiva della cassa, correntemente indicato come sistema di pendolamento attivo o Tilting, ha lo scopo di consentire l’aumento di velocità del veicolo ferroviario in curva senza dover apportare costose modifiche agli impianti fissi (come la sede ferroviaria, il tracciato ecc..) e senza ridurre il comfort di marcia. La maggiore accelerazione laterale centrifuga agente sul passeggero viene in gran parte compensata grazie alla rotazione comandata della cassa, attorno all’asse longitudinale del rotabile, verso l’interno della curva. La sospensione laterale attiva, correntemente definita come Hold off Device o più semplicemente HoD, è il secondo fondamentale sistema attivo che equipaggia questi rotabili, che percorrono curve a velocità sostenuta. In curva, infatti, la cassa tenderebbe a spostarsi lateralmente rispetto al carrello, sospinta dalla forza centrifuga che agisce verso l’esterno, caricando di conseguenza le sospensioni secondarie (a taglio) e comportando la riduzione del comfort di marcia (questo processo sarà spiegato più dettagliatamente nel corso del lavoro). L’HoD è in grado di sviluppare una forza laterale tra carrello e cassa, che equilibri la forza centrifuga per evitare tale inconveniente. Il fine della tesi è lo studio dinamico dei guasti più probabili che i due sistemi attivi introdotti possono subire, al fine di stabilire quali siano gli effetti incidenti sulla sicurezza e sul comfort di marcia. Il lavoro consentirà di stilare una graduatoria dei rischi incorsi nei vari casi di avaria analizzati e delle possibili migliorie da introdurre a livello di diagnostica di sistema e rilevamento guasti. Strumenti utilizzati e modalità di svolgimento dell’indagine Lo strumento di calcolo, utilizzato per raggiungere l’obiettivo prefissato, è il codice multi- corpo commerciale VAMPIRE: esso è largamente diffuso nell’ambito della ricerca, della progettazione e degli studi specifici di dinamica ferroviaria. Tale codice (come i codici multi-corpo specifici per studi ferroviari, tra i quali si ricordano ad esempio Adams Rail o Medyna) consente, a partire da un veicolo ferroviario, di creare un

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Parole chiave

comfort
dinamica di marcia
hold off
pendolino
sicurezza
tilting
treno

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