Caratteristiche dei veicoli e cenni di locomozione Trasporti 2017-2018 Caratteristiche dei veicoli e cenni di locomozione Agostino Cappelli Alessandra Libardo Università IUAV di Venezia

Veicoli Confronto Dimensionale Caratteristiche 2,85 – 4,85 m 1,5 m

l’asse singolo caricato non può superare le 12 tonnellate. Caratteristiche Assi e massa limite Veicoli Stradali Il numero d’assi dipende dalla composizione del veicolo ed incide sulla capacità massima di carico l’asse singolo caricato non può superare le 12 tonnellate. – 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 “ Per autoveicoli a motore isolati (con carico unitario medio trasmesso all’area di appoggio sulla strada < 8 kg/cm2 ) la massa complessiva a pieno carico non può eccedere:

Veicoli Ferroviari Schemi di rodiggio e massa limite Carrozze e carri Caratteristiche 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 dell’ordine di 10 tonn/asse, i carri merci e le locomotive raggiungono valori di 20 tonn/asse Carrozze e carri Locomotive

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

Veicoli Stradali Sterzatura ed ingombro planimetrico Caratteristiche Il moto dei veicoli a guida non vincolata è caratterizzata dall’orientazione 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 dall’orientamento delle ruote, perciò la sterzatura si ottiene rendendo variabile l’assetto 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 dell’assale posteriore Il numero e la posizione delle ruote sterzanti dipende dal numero di assi di cui è composto il veicolo ruote sterzanti ruote fisse

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

L’iscrizione in curva

Attrito equivale allo scorrimento totale Ruota automobilistica Aderenza e Attrito Veicoli Stradali I veicoli utilizzano ai fini del moto il fenomeno connesso al rapporto ruota motrice - via di sostegno: l’aderenza 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 l’ampiezza 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 l’aderenza

Veicoli Stradali Aderenza longitudinale e trasversale L’aderenza longitudinale riguarda essenzialmente le ruote motrici o frenate del veicolo L’aderenza 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".

Veicoli Stradali Ruote motrici Ruota motrice con trazione posteriore Con trazione anteriore ruote direttrici e motrici coincidono Veicoli Stradali Nei due casi il comportamento del veicolo è diverso e così la guida Ruote motrici

IL PROBLEMA DELL’ADERENZA IN AUTO

Ltrazione = Ftrazione * spostamento Resistenze al moto Veicoli Stradali Il Lavoro di Trazione necessario a far muovere un veicolo si esprime come Ltrazione = Ftrazione * spostamento la forza F di trazione deve essere > della forza R di Resistenza al moto R [KG/t di peso del veicolo] ed è la sommatoria di diverse resistenze Resistenze ordinarie: Rotolamento - Rr Inerzia - Rin Aerodinamica - Ra Resistenze accidentali: Pendenza -Ri Curva Galleria Dipendono dal moto del veicolo Dipendono dalle caratteristiche del tracciato

T = Rr +Ri + Ra =(m+ ri)P + Ra 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 = Rr +Ri + Ra =(m+ ri)P + Ra Quando il veicolo si muove di moto vario subentra anche la resistenza dovuta all’inerzia: T = (m + ri)P + Ra + Rin Ri Ra ri m

Applicazioni progettuali 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 l’influenza del traffico, delle condizioni atmosferiche e di illuminazione della strada”, l’esistenza di opportune visuali libere costituisce primaria condizione di sicurezza nella circolazione.

RUOTA FERROVIARIA Veicoli Ferroviari In ferrovia il moto e la guida avvengono in modo antitetico rispetto ai veicoli stradali poiché la guida è affidata esclusivamente al binario 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. L'insieme della sala e delle due ruote calettate su di essa costituisce la sala montata

Veicoli Ferroviari LA SOVRASTRUTTURA FERROVIARIA La sede ferroviaria è costituita da: corpo stradale; sovrastruttura ferroviaria, che a sua volta è composta da: - massicciata (o ballast) è interposta tra piattaforma stradale e l’armamento 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;

A= f Pa Veicoli Ferroviari Aderenza Analogamente al trasporto su gomma l’aderenza 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 Pa 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, Affinché si produca il moto il valore F della forza di trazione deve essere maggiore delle resistenze R (inerziali e non)

IMPIANTO FRENANTE DI UN’AUTO

Resistenze in rettilineo ed orizzontale Attrito agli assi Resistenze al moto Veicoli Ferroviari Resistenze in rettilineo ed orizzontale Attrito agli assi Resistenza di rotolamento Resistenza alle giunzioni delle rotaie Resistenza dovuta al moto di serpeggiamento Resistenza aerodinamica Resistenza di pendenza - Ri Resistenza in curva - Rc

r0= r1+r2+ r3+r4+r5 Veicoli Ferroviari Resistenza in rettilineo ed in orizzontale r0 Veicoli Ferroviari Attrito agli assi - r1: 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 r1risulta pari a circa 1,4 kg/t Rotolamento - r2: Il contato ruota rotaia provoca delle deformazioni in entrambi gli elementi Sperimentazioni hanno determinato la resistenza r2 al rotolamento pari a 1,5-1,6 kg/t Giunzioni rotaie - r3 : Imputabile alla flessione elastica delle due testate delle rotaie al passaggio del veicolo all’urto della ruota che passa da una rotaia all’altra per effetto del giunto di dilatazione; r3 è circa 0,5 kg/t Serpeggiamento - r4: 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, r4=1,5V Aerodinamica - R5 R5= 0,1 v2 S per V< 50km/h [kg/t] R5=2,3 (v-5)S per V>50 km/h [kg/t] S superficie convenzionale del treno espressa in m2 tiene conto anche del numero di vagoni trainati r0= r1+r2+ r3+r4+r5

Veicoli Ferroviari [kg] ri= i [kg/t] Resistenza dovuta alla pendenza Resistenze accidentali Resistenza dovuta alla pendenza Veicoli Ferroviari Situazione totalmente analoga al caso stradale, la resistenza è data dalla componente del peso parallela alla direttrice inclinata del piano del ferro 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 all’angolo a, cioè: i = tana Considerati i valori modesti che assume l’angolo a è lecito confondere il valore del seno con la tangente, da cui: e la resistenza di pendenza specifica vale ri= i Se il moto avviene nel senso della discesa la resistenza dovuta alla pendenza si trasforma in forza motrice aggiuntiva [kg] [kg/t]

Rc = P rc Veicoli Ferroviari 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 l’asse velocità relativa tra bordino a binario Parallelismo degli assi, ovvero delle sale appartenenti allo stesso carrello 1 La solidarietà delle ruote con l’asse 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 l’azione 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 d’attrito 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 rc che diminuisce all’aumentare del raggio planimetrico: Rc = P rc Riducono la resistenza: -la conicità dei cerchioni La sopraelevazione della rotaia esterna L’allargamento dello scartamento