Modellazione della meccanica di locomozione di veicoli di manutenzione per la linea ferroviaria del Bernina
Creators: name: Bianchi, Davide
Publisher: name: Scuola Universitaria della Svizzera Italiana (SUPSI)
Year: 2024
Subjects: railway
maintenance
efficiency

description: La Ferrovia Retica, e in particolare la linea del Bernina, è un'importante opera ingegneristica, riconosciuta come patrimonio UNESCO. Questa tesi si concentra sulla valutazione del coefficiente di attrito ruota-rotaia per nuovi veicoli di manutenzione, essenziali per garantire la sicurezza e l'efficienza operativa della linea, che affronta condizioni ambientali e climatiche difficili, soprattutto in inverno. Il progetto si focalizza sulla creazione di un modello di calcolo capace di simulare il comportamento dinamico dei veicoli di manutenzione ferroviaria, tenendo conto delle specifiche condizioni di aderenza presenti lungo la linea. Il modello è stato sviluppato utilizzando strumenti di simulazione come Matlab, che ha permesso di replicare le diverse situazioni operative, incluse quelle caratterizzate da scarsa aderenza dovuta a neve, ghiaccio e pioggia. Attraverso una serie di simulazioni, il modello è stato validato e testato in diverse condizioni operative quali, condizioni ad alta e a bassa aderenza, replicando scenari reali che variano dal normale esercizio su tracciati asciutti a situazioni più impegnative come l'operatività su tracciati innevati o ghiacciati. I risultati delle simulazioni hanno evidenziato come il coefficiente di attrito tra ruota e rotaia possa subire significative variazioni in funzione delle condizioni ambientali passando da valori di 0.2 fino a valori di 0.34, influenzando la capacità dei veicoli di mantenere un'aderenza adeguata. In particolare, sono state individuate le condizioni operative critiche, che si presentano in condizioni bagnate, con carico trainato massimo ed accelerazione di 1 m/s2, in cui l'aderenza diminuisce al di sotto di soglie di sicurezza accettabili, mettendo a rischio la stabilità e la sicurezza del veicolo. Le analisi condotte hanno permesso di formulare raccomandazioni specifiche per l'ottimizzazione del design dei nuovi veicoli di manutenzione, includendo proposte per migliorare il coefficiente di attrito in condizioni avverse. Tra le soluzioni suggerite, vi è l'adozione di sistemi di controllo dell'aderenza avanzati e l'utilizzo di materiali e tecnologie che aumentino l'attrito in condizioni di bassa aderenza. Inoltre, sono state identificate strategie operative per minimizzare i rischi associati alla perdita di aderenza, come l'adattamento della velocità di marcia. Le conclusioni di questo lavoro di tesi forniscono un contributo alla comprensione delle dinamiche di aderenza ruota-rotaia in ambienti complessi, affermando che i valori minori di aderenza si ottengono a valori elevati di accelerazione e velocità e condizioni umide. Inoltre, fornisce indicazioni pratiche per il miglioramento della sicurezza e dell'efficienza operativa dei veicoli di manutenzione ferroviaria, esprimendo soluzioni tecniche come l’utilizzo di prodotti top of rail o le sabbiere. Questo studio, pertanto, non solo supporta la gestione della linea del Bernina, ma offre anche spunti utili per la progettazione e l'operatività di veicoli ferroviari in contesti simili, caratterizzati da condizioni ambientali difficili e variabili. ___ The Rhaetian Railway, particularly the Bernina line, is a significant engineering feat, recognized as a UNESCO World Heritage site. This thesis focuses on evaluating the wheel-rail friction coefficient for new maintenance vehicles, which is crucial for ensuring the safety and operational efficiency of the line, especially given the challenging environmental and climatic conditions it faces, particularly in winter. The project centres on the development of a computational model capable of simulating the dynamic behaviour of railway maintenance vehicles, taking into account the specific adhesion conditions along the line. The model was developed using simulation tools such as Matlab, enabling the replication of various operational scenarios, including those characterized by low adhesion due to snow, ice, and rain. Through a series of simulations, the model was validated and tested under different operational conditions, including high and low adhesion scenarios, replicating real-life situations that range from normal operation on dry tracks to more challenging conditions such as operation on snow-covered or icy tracks. The simulation results revealed that the wheel-rail friction coefficient could vary significantly depending on environmental conditions, ranging from values of 0.2 to 0.34, thereby affecting the vehicles' ability to maintain adequate adhesion. In particular, critical operational conditions were identified, such as those occurring in wet conditions, with maximum towed load and an acceleration of 1 m/s², where adhesion falls below acceptable safety thresholds, compromising the stability and safety of the vehicle. The analyses conducted led to specific recommendations for optimizing the design of new maintenance vehicles, including proposals to improve the friction coefficient in adverse conditions. Among the suggested solutions are the adoption of advanced adhesion control systems and the use of materials and technologies that enhance friction in low-adhesion conditions. Additionally, operational strategies were identified to minimize the risks associated with adhesion loss, such as adapting the travelling speed. The conclusions of this thesis contribute to the understanding of wheel-rail adhesion dynamics in complex environments, affirming that lower adhesion values are obtained at high acceleration and speed in wet conditions. Furthermore, it provides practical guidelines for improving the safety and operational efficiency of railway maintenance vehicles, proposing technical solutions such as the use of top-of-rail products or sanders. This study, therefore, not only supports the management of the Bernina line but also offers valuable insights for the design and operation of railway vehicles in similar contexts, characterized by challenging and variable environmental conditions.