Tesi di laurea

Analisi dinamica di treni merci lunghi

schema freno treno

In questa tesi è stato sviluppato un programma TrainPneu che simula la dinamica di treni durante la frenata. La manovra di frenatura del treno risulta 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.

traindy

Il codice sviluppato è un modulo del software TrainDy. TrainDy è un software di simulazione sviluppato dal 2001 dall’Università di Tor Vergata, dalla SabWabco (oggi Faiveley Transport) e dal Politecnico di Torino. In questo modulo sono implementate le equazioni e i modelli che consentono di simulare il funzionamento dei principali componenti dell’impianto frenante del treno. TrainPneu calcola la risposta pneumatica del convoglio, valutando le pressioni ai cilindri freno. A partire da queste ultime, si può avviare l’analisi dinamica attraverso TrainDy.

Freno pneumatico di un treno

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.

pressione freno treno

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.

Analisi dinamica di treni merci

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. 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.

dinamica treniLa particolarità tecnologica dell’impianto frenante di questo treno risiede nel passaggio dell’aria in un serbatoio 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. Analisi dinamica di treni merci durante la frenata è stata eseguita utilizzando TrainDy e TrainPneu. I risultati sono stati confrontati poi con i dati di treni merci commerciali europei.

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