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Caratteristiche dei veicoli e cenni di locomozione Alessandra Libardo Trasporti Urbani e Metropolitani Lezione Marzo 2010 Università IUAV di Venezia.

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1 Caratteristiche dei veicoli e cenni di locomozione Alessandra Libardo Trasporti Urbani e Metropolitani Lezione Marzo 2010 Università IUAV di Venezia

2 Veicoli 26 m 15 m 4 m 2,85 – 4,85 m 10 m 3,10 m 1,5 m Confronto Dimensionale Caratteristiche

3 Per autoveicoli a motore isolati (con carico unitario medio trasmesso allarea di appoggio sulla strada < 8 kg/cm 2 ) la massa complessiva a pieno carico non può eccedere: Veicoli Stradali – Motoveicoli 2,5 t – Autoveicoli 18,0 t (due assi) 24,0 t (tre assi) – Rimorchi 6,0 t - 25,2 t (secondo n assi) – Autobus 19,0 t - 24,0 t – Autotreni 24,0 t - 44,0 t – Autoartic. e autosn. 30,0 t - 44,0 t Caratteristiche Il numero dassi dipende dalla composizione del veicolo ed incide sulla capacità massima di carico lasse singolo caricato non può superare le 12 tonnellate. Assi e massa limite

4 Schemi di rodiggio e massa limite Veicoli Ferroviari Rodiggio: complesso degli organi che stanno tra il binario e la sospensione elastica. E suddiviso in carrelli a più assi sui quali poggia la cassa, per identificare il numero di assi ed il loro accoppiamento nei carrelli viene utilizzato un codice composto di lettere e numeri. Il numero di assi dipende dal peso totale: le carrozze hanno peso per asse dellordine di 10 tonn/asse, i carri merci e le locomotive raggiungono valori di 20 tonn/asse Locomotive Carrozze e carri Caratteristiche

5 Veicoli Stradali 18 m 2,55 m 4 m Sagoma limite Caratteristiche Codice della Strada, Titolo III, art 61

6 Il moto dei veicoli a guida non vincolata è caratterizzata dallorientazione delle ruote sterzanti le quali, attraverso le forze di aderenza trasversale, impongono al veicolo di seguire una determinata traiettoria. Il moto rotatorio di un corpo è caratterizzato da un unico centro di rotazione che rimane fisso durante il movimento Le traiettorie (perpendicolari al centro di rotazione) sono definite dallorientamento delle ruote, perciò la sterzatura si ottiene rendendo variabile lassetto delle ruote Per ottenere una sterzatura corretta sarebbe necessario sterzare di più la ruota anteriore interna; questa necessità viene rispettata con buona approssimazione collegando le ruote anteriori tra loro mediante il cosiddetto quadrilatero di Ackermann il cui punto di incontro del prolungamento dei due lati CD ed EF, cade circa al centro dellassale posteriore Il numero e la posizione delle ruote sterzanti dipende dal numero di assi di cui è composto il veicolo Sterzatura ed ingombro planimetrico Veicoli Stradali Caratteristiche ruote sterzanti ruote fisse

7 Ogni veicolo, o complesso di veicoli deve potersi inscrivere in una corona circolare (fascia dingombro) di: raggio esterno 12,50 m raggio interno 5,30 m Inscrivibilità del veicolo in curva 12,50 m 5,30 m Veicoli Stradali Art n°217 D.P.R 495/92 Caratteristiche Per i complessi dei veicoli deve essere verificata la condizione di inscrizione del complesso entro la zona racchiusa dalla curva di minor raggio dal veicolo trattore

8 RUOTA AUTOMOBILISTICA Veicoli Stradali Organo di sostentazione, propulsione e guida, costituito da: un disco metallico, in lamiera stampata, portante esternamente un cerchio di montaggio metallico a canale, entro il quale viene applicato il pneumatico Pneumatico: involucro inestensibile e deformabile, costituito da gomma vulcanizzata, Funzioni sopportare staticamente e dinamicamente il carico ovvero: -Ripartire il carico su una superficie più ampia, così che risulti bassa la pressione specifica sul terreno -Fungere da elemento elastico inserito tra ruota e strada -Assicurare la più elevata aderenza possibile Il pneumatico oggi più usato negli autoveicoli è senza camera daria, tubeless, composto da copertura e valvola.

9 La copertura Veicoli Stradali La copertura è costituita dal: battistrada: una mescola in gomma la cui superficie è solcata da un disegno idoneo a garantire una buona aderenza nelle condizioni di asciutto e di bagnato, e silenziosità di marcia. Il disegno è formato da una particolare disposizione dei pieni (tasselli) e dei vuoti (incavi, lamelle, ecc.); questi ultimi accolgono lacqua assicurando un contatto asciutto tra gomma e suolo; -sottofondo: è lo strato più interno della fascia battistrada a contatto con la cintura o con lultima tela di carcassa; - carcassa: costituisce la struttura resistente ed è composta da uno o più strati di tele gommate poste sotto il battistrada (o sotto la cintura per le strutture radiali). Ogni singola tela è formata da una serie di cordicelle tra loro parallele di materiale molto resistente e allo stesso tempo flessibile, immerse nella mescola vulcanizzata. La disposizione delle tele che costituiscono la carcassa dà la denominazione alla struttura del pneumatico. Oggi la struttura più utilizzata è quella radiale Ruota automobilistica

10 Parametri caratteristici Veicoli Stradali sono riportati sul fianco della copertura: caratteristiche dimensionali: larghezza nominale di sezione diametro nominale di calettamento Si definisce serie il rapporto tra laltezza H e la larghezza di sezione S moltiplicato per caratteristiche di costruzione: indicano con R i pneumatici a costruzione radiale; - caratteristiche di servizio: indicano la capacità di carico del pneumatico con un indice di carico massimo sopportabile dal pneumatico e la velocità base del pneumatico con un codice di velocità. Ruota automobilistica

11 Esempi di marcatura Veicoli Stradali 1.Marchi di fabbrica e commerciali 2. Caratteristiche dimensionali e di costruzione: 155: larghezza nominale della sezione del pneumatico in mm; 70: rapporto fra altezza e larghezza di sezione del pneumatico (serie 70); R: pneumatico a struttura radiale; 13: diametro nominale di calettamento del cerchio in pollici (1 pollice = 25,40 mm). 3. Caratteristiche di servizio 72: codice di carico corrispondente al carico massimo sopportabile dal pneumatico (nel caso specifico è di 355 kg); S: codice di velocità corrispondente alla velocità massima di impiego del pneumatico (nel caso specifico è 180 h km ); 4. Radial E' il termine internazionale adottato che contraddistingue i pneumatici a struttura radiale. 5. Tubeless E' il termine internazionale adottato, che contraddistingue i pneumatici adatti al montaggio senza camera d'aria. 6. Reinforced Indica che il pneumatico è del tipo a struttura irrobustita. 7. E Sigla che certifica che la copertura è omologata ai sensi del Regolamento n. 30 della CEE. Ruota automobilistica

12 Area dimpronta e pressione Veicoli Stradali La ripartizione del carico e quindi la forma dell'area di impronta dipende - dal tipo di pneumatico - dalla pressione di gonfiaggio Ruota automobilistica caso a, impronta piccola, dalla tipica forma ellittica, si ha per pneumatici ad alta pressione; l'area di impronta del tipo b è caratteristica per gonfiaggi a bassa o media pressione, a bassissima pressione o per pneumatici in cui la pressione è stata artificialmente abbassata, l'area di impronta ha la forma c, impronta grande. a c b

13 Azione di forze longitudinali Veicoli Stradali Ruota automobilistica Quando una ruota rotola la forza tangenziale che si trasmette al terreno provoca un inflessione degli elementi elastici. Man mano che un elemento abbandona il contatto quello che vi entra deve, per assumersi la sua porzione di forza tangenziale, inflettersi. Ciò avverrà accentuando la rotazione della ruota e cioè incrementando linflessione degli altri elementi già a contatto. Gli elementi uscenti sono perciò quelli più caricati

14 Aderenza e Attrito Veicoli Stradali Ruota automobilistica I veicoli utilizzano ai fini del moto il fenomeno connesso al rapporto ruota motrice - via di sostegno: laderenza La forza che si genera risulta proporzionale al carico agente nella direzione ortogonale al piano di scorrimento Aderenza: se almeno una porzione del battistrada è privo di moto relativo rispetto alla superficie di rotolamento: rotola senza slittare Attrito equivale allo scorrimento totale 1 uno scorrimento è sempre presente nella zona di uscita 2 al crescere della forza tangenziale aumenterà lampiezza della zona di scorrimento 3 se la forza totale supera una certa intensità tutta la superficie di contatto scorrerà rispetto al terreno, verrà a mancare laderenza

15 Aderenza longitudinale e trasversale Veicoli Stradali Laderenza longitudinale riguarda essenzialmente le ruote motrici o frenate del veicolo Laderenza trasversale interessa tutte le ruote del veicolo soggette ad un carico ortogonale al piano di scorrimento e ad una forza trasversale perpendicolare al piano della ruota(normale al moto) La verifica delle condizioni di aderenza trasversale equivale a dire che la ruota sottoposta a tali condizioni continua ad avanzare nel suo piano senza slittamenti laterali In generale se le condizioni di aderenza longitudinale non sono soddisfatte non lo sono nemmeno quelle di aderenza trasversale Le forze trasversali Fy (normali alla direzione del moto) sono presenti per effetto: -della forza centrifuga durante il moto in curva, -della componente del peso del veicolo in presenza di pendenza trasversale della strada, -della componente delle azioni aerodinamiche dovute al vento. In corrispondenza della presenza della forza y F, il comportamento della ruota del veicolo è tale che il suo baricentro percorre una traiettoria inclinata di un angolo ε rispetto alla direzione del moto, restando l'asse longitudinale della ruota parallelo alla direzione x del moto Questo fenomeno prende il nome di "deriva del pneumatico".

16 Ruota motrice Veicoli Stradali Ruote motrici

17 Ruota motrice Veicoli Stradali Le ruote motrici sono collegate, attraverso la trasmissione, all'apparato motore. Sono sottoposte ad un momento torcente M generato dal motore a ad un carico verticale Pa (peso aderente, quota di peso gravante direttamente su di esse) E possibile sostituire la coppia motrice M con una coppia di forze applicate al centro della ruota M = T D/2 D/2 raggio della ruota. Si definisce "potere aderente" il valore massimo della forza T applicabile all'area di contatto ruota- sostegno senza che si rompa il legame di rotolamento puro (senza slittamenti) tra ruota motrice e supporto. Tale valore, che sindicherà con T max, è proporzionale, secondo un coefficiente fad che prende il nome di "coefficiente di aderenza", al peso a P che grava sulla ruota motrice. Per T > Tmax = fad Pa, si rompe il legame di aderenza e la ruota slitta, di conseguenza il coefficiente f varia assumendo i valori di: Ogni veicolo, o convoglio, sia per avanzare ad una certa velocità V di regime, sia nella fase di avviamento o di frenatura, deve vincere le forze che si oppongono all'avanzamento (attriti, resistenze del mezzo, componenti del peso e così via) la cui sommatoria R indicherà la resistenza totale all'avanzamento. Verso del moto

18 Resistenze ordinarie: 1.Rotolamento - R r 2.Inerzia - R in 3.Aerodinamica - R a Resistenze al moto Veicoli Stradali Resistenze accidentali: 1.Pendenza -R i 2.Curva 3.Galleria Il Lavoro di Trazione necessario a far muovere un veicolo si esprime come L trazione = F trazione * spostamento Ove la forza F di trazione deve essere > della forza R di Resistenza al moto R si esprime in chilogrammi per tonnellata di peso del veicolo [kg/t] ed è la sommatoria di diverse resistenze Dipendono dal moto del veicoloDipendono dalle caratteristiche del tracciato

19 1.Resistenza al rotolamento Veicoli Stradali Dovuta alla deformabilità (schiacciamento) delle superfici a contatto (pneumatico-superficie stradale). Il pneumatico durante il moto varia continuamente la sua configurazione, dissipando energia elastica per la deformazione in misura direttamente proporzionale allarea di impronta. Larea di impronta dipende dalla pressione di gonfiamento del pneumatico e dal carico supportato E stata definita sperimentalmente la resistenza specifica (riferita al peso unitario) al rotolamento: R = 0,0005 v c [kg/tonnellate di carico] v – velocità c – costante che dipende dalle caratteristiche della strada pavimentazione in cls di cemento liscia c=0 pav per asfalto liscio c=2 pav per asfalto molto rugosa c= Resistenze ordinarie R r = P R

20 2.Resistenza dovuta allinerzia Veicoli Stradali [kg] Lespressione sopra definita non tiene conto degli organi rotanti (almeno le ruote) la cui massa oltre che traslare deve accelerare angolarmente : la forza da applicare al veicolo per imprimergli laccelerazione nella direzione deve essere maggiore. Ogni corpo si oppone per inerzia ad una variazione del suo stato: -di quiete -di moto uniforme Se si vuole variare la velocità di un mezzo è necessario equilibrare la cosiddetta resistenza dinerzia R m – massa del veicolo P – peso del veicolo in tonnellate g – accelerazione di gravità (9,81 m/s 2 ) A tal fine si introduce una massa fittizia m costituita da quella reale e da quella che corrisponde alleffetto degli organi in rotazione m= m (1+d) Detto (1+d) coefficiente di maggiorazione nei veicoli stradali non è mai superiore a 1,10 ww dv/dt Resistenze ordinarie

21 3.Resistenza aerodinamica Veicoli Stradali La resistenza aerodinamica, nel verso del moto,si calcola con la seguente formula sperimentale: R a = ½ d c r S v 2 [kg] d – densità dellaria (circa 1,2 kg/m3) C r - coefficiente di forma del veicolo, dipende dalla forma dallentità e numero di rientranze e sporgenze e dalluniformità del fondo del veicolo: si misura sperimentalmente nelle gallerie del vento; autovetture C r = 0,28 - 0,40 autobus C r = 0,6 - 0,7 v - è la velocità (m/sec) E la resistenza che incontra un veicolo muovendosi in un fluido, in questo caso aria. La resistenza che ne deriva dipende dalla sovrapressione che si genera sulla parte anteriore, dallattrito lungo le pareti e dalla depressione sulla parte posteriore, ovvero si scompone in: Frontale Posteriore Laterale Per le autovetture, in generale, si trascurano i termini dovuti alla resistenza posteriore e laterale. S - area della sezione maestra del veicolo: la più estesa delle sezioni trasversali; autovetture S = 2 m 2 autobus S = 6,5 m 2 Resistenze ordinarie

22 La galleria del vento Veicoli Stradali Utilizzata per compiere studi aerodinamici: vi si effettuano esperimenti per la misura degli sforzi che il vento provoca evitando di ricorrere a metodi di calcolo numerici assai complessi. Il ventilatore genera un flusso di aria allinterno della galleria di forma cilindrica con una certa velocità; tale aria viene fatta passare attraverso una griglia equalizzatrice di flusso che serve per creare un profilo di velocità piatto; laria investe quindi loggetto dello studio e se non sono presenti gas di scarico derivati dalluso dei motori, il flusso generato viene incanalato nel condotto di raccordo che lo ricicla chiudendo il circuito Gallerie automobilistiche: il veicolo è situato su una pedana costituita di un nastro scorrevole (che simula il movimento del terreno) con trasduttori di forza usati per la misura dei carichi aerodinamici scaricati sul suolo e sensori di contrasto per misurare la pressione nei vari punti.

23 1.Resistenza dovuta alla pendenza Veicoli Stradali [kg/t] Il peso P applicato al baricentro del veicolo si può scomporre in due componenti: P sena parallela al piano P cosa perpendicolare al piano La pendenza i rappresenta la tangente trigonometrica allangolo, cioè: i = tan Considerati i valori modesti che assume langolo a è lecito confondere il valore del seno con la tangente, da cui: e la resistenza di pendenza specifica vale r i = i Se il moto avviene nel senso della discesa la resistenza dovuta alla pendenza si trasforma in forza motrice aggiuntiva E una resistenza non totalmente dissipativa: se un veicolo percorre una salità accumula una quantità di energia che è in grado di restituire in discesa. Il recupero non è totale in quanto sintroducono resistenza supplementari [kg] Resistenze accidentali

24 2.Resistenza dovuta alle curve Veicoli Stradali Resistenza dovuta a: - deformazioni subite dai pneumatici in curva a causa della forza centrifuga - obliquità delle ruote anteriori rispetto lasse longitudinale quindi una parte dello -sforzo di trazione non può essere utilizzato Nelle curve a grande raggio, questa resistenza è molto piccola per cui si ingloba nella resistenza al rotolamento Nelle curve a piccolo raggio (tornanti) assume valori notevoli per cui è necessario limitare la pendenza longitudinale in curva Resistenze accidentali

25 3.Resistenza in galleria Veicoli Stradali Il veicolo che percorre la galleria si comporta come uno stantuffo. La differenza di pressione fra laria in un punto immediatamente anteriore al veicolo e quella posteriore provoca un aumento di resistenza al moto Per i veicoli stradali, essendo i rapporti tra sezione trasversale del veicolo e della galleria minori di quelli ferroviari, tale resistenza è inglobata nella resistenza aerodinamica Resistenze accidentali

26 Equazione della trazione Veicoli Stradali Quando un veicolo si muove con velocità costante, lo sforzo di trazione T ad esso applicato è uguale alla somma di tutte le resistenze (rotolamento, dovuta alla pendenza della strada, aerodinamica ) che incontra: T = R r +R i + R a =(m+ r i )P + R a Quando il veicolo si muove di moto vario subentra anche la resistenza dovuta allinerzia: T = (m + r i )P + R a + R in RiRi Ra riri m

27 Propulsione Veicoli Stradali Possono verificarsi i seguenti casi: 1.Se a T fad P la ruota non slitta, e se: a) T = R avanza di moto uniforme, oppure resta ferma se non è in moto; b) T > R avanza accelerando; c) T < R avanza decelerando, oppure resta ferma se non è in moto. 2. Se a T > f ad P la ruota slitta, quindi il coefficiente di aderenza fad viene sostituito da fatt (f att f ad) e T assume un valore limite: Tl = f att Pa f ad Pa Per il moto vale quanto detto sostituendo Tl a T con trazione possibile ed aderenza inferiori in quanto Tl T Ma non siamo in condizioni di sicurezza I coefficienti fad e f att, in campo stradale, si ricavano sperimentalmente e dipendono da diversi fattori: -condizioni e caratteristiche della superficie stradale; -caratteristiche della ruota (elasticità e deformabilità); -disegno del battistrada e pressione di gonfiaggio; - velocità di avanzamento del veicolo;

28 Valori numerici del coefficiente di aderenza f in fase di PROGETTO Veicoli Stradali Per garantire la sicurezza dellesercizio si farà riferimento alle condizioni più vincolanti. Se è lecito prevedere una compartecipazione dellutente nella gestione del rischio si può far riferimento a condizioni minime normali di esercizio. Stimato il valore reale del coefficiente di aderenza (fr) si assumerà un valore numerico più contenuto introducendo un opportuno grado di sicurezza (μp), tanto maggiore quanto più risulta elevato il rischio indotto dalla perdita di aderenza. In relazione al rischio della manovra il grado di sicurezza cresce con la velocità e si assume più elevato per la marcia in curva.

29 LA FRENATURA Veicoli Stradali Un veicolo terrestre, stradale o ferroviario, sia esso a regime (V=costante) o meno, deve potere arrestarsi o decelerare sino alla velocità di avanzamento desiderata nel minore tempo possibile e coprendo il minore spazio. Nel caso ferroviario, alla volontà del conducente (tranne i casi di pericolo rilevabili), le condizioni di marcia sono imposte dai sistemi di regolazione del traffico ferroviario che prevedono tempi prestabiliti per ogni singola tratta compresa tra due fermate successive. Spazio di frenatura Si definisce distanza di visibilità per l'arresto lo spazio minimo necessario perché un conducente possa arrestare il veicolo in condizione di sicurezza davanti ad un ostacolo imprevisto. La norma stabilisce la distanza di visuale libera come: la lunghezza del tratto di strada che il conducente riesce a vedere davanti a sé senza considerare linfluenza del traffico, delle condizioni atmosferiche e di illuminazione della strada, lesistenza di opportune visuali libere costituisce primaria condizione di sicurezza nella circolazione. Applicazioni progettuali

30 Distanza di visibilità per larresto Veicoli Stradali La distanza di visibilità per larresto Da= D 1 + D 2 D1 spazio percorso alla velocità V 0 durante il tempo complessivo t di reazione necessario al conducente per percepire la presenza dellostacolo e per mettere in azione i freni dove D 2 è lo spazio di arresto D2D2 In prima approssimazione si adottino le seguenti ipotesi: la resistenza dellaria è trascurabile, a vantaggio di sicurezza, leffetto delle masse rotanti è trascurabile, η = 0; si assume un coefficiente di aderenza longitudinale medio impegnato in fase di frenatura costante e pari a fad. Applicazioni progettuali

31 Pendenze longitudinali (livellette) Veicoli Stradali Il criterio assunto per il dimensionamento della livelletta massima su una via è ispirato alla garanzia di sicurezza dellesercizio: impone che lo spazio di arresto in discesa (ovviamente superiore a quello sul piano) superi il valore dello spazio di arresto sul piano di una prefissata lunghezza (α): Applicazioni progettuali La norma fissa a priori i valori massimi di pendenza ammissibili per i diversi tipi di strade prevedono che possono essere aumentati di una unità percentuale qualora risulti che …lo sviluppo della livelletta sia tale da non penalizzare eccessivamente la circolazione….

32 RUOTA FERROVIARIA Veicoli Ferroviari La ruota è l'organo del veicolo che ha la funzione di trasmettere il carico rotolando sulla rotaia, la parte più esterna si chiama cerchione, ed ha un profilo esterno tronco-conico, dotato di un risalto (bordino) che svolge funzione di guida rispetto al binario. La sala è l'organo che collega, trasversalmente al rotabile, le due ruote ed ha la funzione di trasmettere ad esse i carichi agenti sul rotabile. La sala ha sezione circolare variabile, piena o anche cava, e presenta alle due estremità i fuselli che, accoppiandosi con le boccole, sopportano i carichi del rotabile. L'insieme della sala e delle due ruote calettate su di essa costituisce la sala montata In ferrovia il moto e la guida avvengono in modo antitetico rispetto ai veicoli stradali poiché la guida è affidata esclusivamente al binario

33 Il fenomeno di Guida della Sala Ferroviaria Il moto di una sala montata, a causa della conicità delle superfici che rotolano, non avviene in maniera uniforme e regolare; si può pensare che le due ruote di una sala ferroviaria (ruote rigidamente connesse tra loro a mezzo di un asse, che gira con esse) siano ottenute dal taglio di un bicono simmetrico rispetto allasse di due aste di guida (rotaie) e con vertici esterni ad esse. Il solido (bicono) subisce nel suo moto di rotazione un movimento secondario, a destra ed a sinistra, oscillatorio sinusoidale; il bicono avanza quindi serpeggiando Se la larghezza dei cerchioni è maggiore dellampiezza del moto oscillatorio secondario, la sala si autocentra naturalmente sul binario: ciò costituisce il fenomeno di guida delle ruote ferroviarie. Il movimento autocentrante è tanto più attivo quanto maggiore è linclinazione dei cerchioni; esso si annulla se i cerchioni sono cilindrici; le ferrovie italiane adottano linclinazione di 20: 1. Se la sala montata, per un effetto dinamico qualsiasi, subisce una deviazione, essa tende a portarsi in posizione centrata con un moto sinusoidale del baricentro Veicoli Ferroviari

34 LA SOVRASTRUTTURA FERROVIARIA La sede ferroviaria è costituita da: 1.corpo stradale; 2.sovrastruttura ferroviaria, che a sua volta è composta da: - massicciata (o ballast) è interposta tra piattaforma stradale e larmamento al fine di: distribuire sul corpo stradale i carichi trasmessi dalle traverse; impedire lo scorrimento delle traverse; garantire lo smaltimento delle acque meteoriche. traverse; con il compito di: collegare trasversalmente le due file di rotaie, mantenendo costante lo scartamento (ogni 60 cm);distribuire sulla massicciata le sollecitazioni trasmesse dalle rotaie. Possono essere: in legno o in cemento armato precompresso - rotaie: profilato di acciaio con funzione di sostegno e guida dei rotabili ferroviari; la sezione di rotaia generalmente usata è quella tipo Vignole. Le giunzioni avvengono a saldatura (lunghezza tra 18 e 36 m) - materiale metallico di fissaggio-ancoraggio; Veicoli Ferroviari

35 Aderenza Analogamente al trasporto su gomma laderenza A è definita come il massimo valore della sollecitazione tangenziale trasmessa attraverso il sistema ruota-rotaia in condizioni di puro rotolamento. Proporzionale al peso che si scarica Dipende dalla velocità Dipende dalla natura del contatto ruota rotaia Dipende dalle condizioni di umidità e pulizia delle superfici di contatto A= f P a Nel campo ferroviario la direzione del moto delle ruote del veicolo è vincolata dal rapporto geometrico e costruttivo (presenza del bordino nei cerchioni) tra sala montata e binario, per cui, anche in presenza di forze normali alla direzione del moto stesso, la sala montata è obbligata alla direzione di marcia, Affinchè si produca il moto il valore F della forza di trazione deve essere maggiore delle resistenze R (inerziali e non) Veicoli Ferroviari

36 Resistenze al moto 1Resistenze in rettilineo ed orizzontale Attrito agli assi Resistenza di rotolamento Resistenza alle giunzioni delle rotaie Resistenza dovuta al moto di serpeggiamento Resistenza aerodinamica 2Resistenza di pendenza - R i 3Resistenza in curva - R c Veicoli Ferroviari

37 Resistenza in rettilineo ed in orizzontale r 0 Attrito agli assi - r 1 : Il peso della cassa dei veicoli e delle locomotive si scarica mediante opportuni cuscinetti contenuti nelle boccole, sui fuselli degli assi delle ruote. La resistenza specifica r 1 risulta pari a circa 1,4 kg/t Rotolamento - r 2 : Il contato ruota rotaia provoca delle deformazioni in entrambi gli elementi Sperimentazioni hanno determinato la resistenza r 2 al rotolamento pari a 1,5-1,6 kg/t Giunzioni rotaie - r 3 : Imputabile alla flessione elastica delle due testate delle rotaie al passaggio del veicolo allurto della ruota che passa da una rotaia allaltra per effetto del giunto di dilatazione; r 3 è circa 0,5 kg/t Serpeggiamento - r 4: Come descritto a causa del moto assimetrico della sala montata i bordini delle ruote urtano alternativamente contro le rotaie. La resistenza è proporzionale al peso e alla velocità, r 4 =1,5V Aerodinamica - R 5 R 5 = 0,1 v 2 S per V< 50km/h [kg/t] R 5 =2,3 (v-5)Sper V>50 km/h [kg/t] S superficie convenzionale del treno espressa in m 2 tiene conto anche del numero di vagoni trainati r 0 = r 1 +r 2 + r 3 +r 4 +r 5 Veicoli Ferroviari

38 Resistenza dovuta alla pendenza [kg/t] Il peso P applicato al baricentro del veicolo si può scomporre in due componenti: P sena parallela al piano P cosa perpendicolare al piano La pendenza i è espressa in per mille rappresenta la tangente trigonometrica allangolo a, cioè: i = tana Considerati i valori modesti che assume langolo a è lecito confondere il valore del seno con la tangente, da cui: e la resistenza di pendenza specifica vale r i = i Se il moto avviene nel senso della discesa la resistenza dovuta alla pendenza si trasforma in forza motrice aggiuntiva Situazione totalmente analoga al caso stradale, la resistenza è data dalla componente del peso parallela alla direttrice inclinata del piano del ferro [kg] Resistenze accidentali Veicoli Ferroviari

39 Resistenza in curva La resistenza che si oppone al moto dei veicoli ferroviari aumenta sensibilmente quando questi percorrono un binario in curva a causa di: -Solidarietà delle ruote con lasse - velocità relativa tra bordino a binario -Parallelismo degli assi, ovvero delle sale appartenenti allo stesso carrello 1 La solidarietà delle ruote con lasse da origine a strisciamenti delle ruote sulle rotaie per compensare la differenza di sviluppo fra il cerchio percorso dalla ruota esterna e quello tracciato dalla ruota interna. 2 Il parallelismo degli assi di un veicolo si oppone al cambiamento di direzione dello stesso veicolo, per cui deve intervenire lazione della rotaia sui bordini per far ruotare il veicolo e disporlo in direzione tangenziale alla curva. La resistenza al moto in curva dipende quindi: -Dal coefficiente dattrito ruota rotaia -Dal passo rigido -Dal valore dello scartamento -Dal peso agente sulle ruote -Dal raggio del binario in curva E ammessa la proporzionalità fra resistenza Rc dovuta alle curve e il peso del veicolo ferroviario secondo un coefficiente r c che diminuisce allaumentare del raggio planimetrico: R c = P r c Riducono la resistenza: -la conicità dei cerchioni -La sopraelevazione della rotaia esterna -Lallargamento dello scartamento Veicoli Ferroviari

40 Gradi di prestazione In riferimento alla resistenza di pendenza Ri ed a quella dovuta alle curve Rc è possibile definire una resistenza totale dovuta alla configurazione planoaltimetrica di una linea R = Ri +Rc Realizzando tratti di linee a R costante è stato possibile suddividere le linee in sezioni di carico (lunghezza > 2km), ovvero tratti lungo i quali r è minore o uguale ad un valore prefissato. A tali sezioni viene associato un grado di prestazione definito da un numero crescente allaumentare della resistenza plano-altimetrica R complessiva I gradi di prestazione sulla rete italiana sono 31, servono a compilare le tabelle di prestazione nelle quali sono indicati i carichi che ogni tipo di locomotiva può trainare in tonnellate per ogni grado di prestazione Veicoli Ferroviari


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