In termini di sicurezza, riveste una particolare importanza la manovra di frenatura del treno, estremamente critica per convogli lunghi e pesanti. I primi treni merci sfruttavano freni esclusivamente pneumatici; negli ultimi anni ci si è affidati anche al contributo dell’elettronica.

La frenata di emergenza, a differenza di quella di servizio, viene effettuata solamente dalla parte pneumatica del sistema frenante. Nell’ambito del codice TrainDy ( un software di simulazione sviluppato, a partire dal 2001, dall’Università di Tor Vergata in collaborazione con la allora SabWabco (oggi Faiveley Transport) e con il Politecnico di Torino ), è stato sviluppato un modulo esterno, denominato TrainPneu, che si interfaccia con TrainDy e che simula il sistema frenante pneumatico di un treno. In questo modulo sono implementate le equazioni e i modelli che consentono di simulare il funzionamento dei principali componenti dell’impianto frenante del treno. Mediante TrainPneu, quindi, si può calcolare la risposta pneumatica del convoglio, valutando le pressioni ai cilindri freno. A partire da queste ultime, si può avviare l’analisi dinamica eseguita con TrainDy.

Il funzionamento di un freno pneumatico risale al 1869, Westinghouse. Un compressore presente sulla locomotiva mandava vapore in pressione all’interno del serbatoio principale. Quest’ultimo era collegato con la condotta precedentemente menzionata tramite una valvola di controllo. Il macchinista, agendo su tale valvola, poteva comandare le manovre di frenatura e sfrenatura. Su ogni veicolo era presente una diramazione della condotta, collegata col cilindro freno, all’interno del quale scorreva il pistone che azionava i ceppi. Mediante l’apertura della valvola, il vapore in pressione fluiva verso il cilindro freno; il rilascio di quest’ultimo avveniva chiudendo la valvola e scaricando nell’atmosfera il vapore in pressione.

Il sistema frenante in studio presenta soluzioni tecniche differenti rispetto ad un impianto frenante comunemente diffuso in Europa. Nel caso specifico, i treni merci di cui si parla servono le miniere di carbone Blackwater, situate nella regione australiana del Queensland. Una delle particolarità di questo tipo di treni è quella di presentare veicoli costituiti da un vagone master ed uno slave. In tale ottica, la configurazione finale del treno merci viene definita in funzione di quanti tandem sono presenti Una configurazione tipica prevede la presenza di tre locomotive (due in testa ed una centrale) e 43 tandem di vagoni, ovvero 43 vagoni master e altrettanti slave, per un totale di 86 vagoni. Un treno di questo tipo è lungo circa 1500 metri e, considerando anche che ogni vagone può portare fino a 85.9 tonnellate di merce, risulta evidente quanto sia fondamentale la presenza di un impianto frenante adeguato alle specifiche esposte.

La particolarità tecnologica dell'impianto frenante di questo treno risiede nel passaggio dell’aria in un serbatoio di un litro prima di arrivare al cilindro freno; questa soluzione tecnica comporta un ritardo nella frenata tra il vagone slave e quello master stimabile in 0.3 secondi circa.

Sono state eseguite analisi dinamiche di frenata utilizzando TrainDye e TrainPneu e confrontandole poi con treni merci commerciali europei.

Qui per vedere la relazione completa del progetto.

Per discuterne insieme rimando al post sul forum "Analisi dinamica di treni merci lunghi equipaggiati da un innoviativo sistema frenante"