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PORTALE DELLA DIDATTICA

Progettazione di veicoli ferroviari, metropolitani e ad alta velocità

01SAHNE

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 39
Esercitazioni in aula 21
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Bosso Nicola Professore Associato ING-IND/14 39 21 0 0 3
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/14 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2018/19
Obiettivo dell’insegnamento è fornire agli studenti la conoscenza degli aspetti costruttivi progettuali e funzionali peculiari dei veicoli ferroviari tradizionali, metropolitani e ad alta velocità. L’insegnamento analizza dapprima i principali componenti meccanici del veicolo ferroviario, fornendo concetti relativi alle tecniche costruttive, ai materiali utilizzati, al dimensionamento ed agli aspetti normativi. In seguito vengono analizzati gli aspetti relativi alla dinamica del veicolo ferroviario ed alle relative problematiche per veicoli merci, passeggeri o ad alta velocità. Tali aspetti sono analizzati studiando in particolare le problematiche del contatto ruota-rotaia durante la marcia in rettilineo, in curva e in trazione/frenatura. Sia gli aspetti relativi alla dinamica del veicolo, che quelli relativi alla costruzione dei veicoli sono inquadrati considerando gli aspetti normativi e le problematiche di esercizio.  
The objective of the subject is to provide the knowledge of the design and functional aspects of traditional, metropolitan and high-speed rail vehicles. The subject at first analyses the main mechanical components of the railway vehicle, providing concepts related to construction techniques, materials used, design and normative aspects. Afterwards, the aspects of rail vehicle dynamics and related issues for freight, passenger or high-speed vehicles are analysed. These aspects are considered by studying in particular the wheel/rail problem during straight, curve and traction / braking. Both the vehicle dynamics and vehicle construction aspects are studied considering the technical regulations aspects and the exercise issues.
Lo studente che segue con profitto l’insegnamento acquisisce le conoscenze necessarie a confrontarsi con le realtà relative alla progettazione dei veicoli ferroviari dal punto di vista funzionale e costruttivo, nel rispetto delle normative tecniche vigenti.
The student who follows with profit the teaching acquires the knowledge necessary to deal with the design of railway vehicles from a functional and constructive point of view, in compliance with the current technical regulations.
Conoscenza degli elementi di base della fisica, della meccanica applicata, del comportamento meccanico dei materiali, dell'elettrotecnica di base, del disegno tecnico.  
Knowledge of the basic elements of physics, applied mechanics, mechanical behavior of materials, basic electrical engineering, and technical drawing.  
Introduzione all'insegnamento Cenni storici sull'evoluzione dei sistemi di trasporto ferroviario. Generalità sul trasporto ferroviario e sulle ferrovie speciali (Ferrovie a Cremagliera, Ferrovie Funicolari, Monorotaie, Maglev). Linea ferrata (cenni): Tipologie di linee, caratteristiche tecnologiche e prestazionali di base. I principali vincoli al progetto del rotabile ferroviario: pesi limite, sagoma limite, scartamento, elettrificazione, collegamento dei veicoli e dei loro impianti. Cenni sui veicoli a scartamento variabile e sui veicoli con sistema di pendolamento. Classificazione e principali caratteristiche dei veicoli ferroviari in relazione all'impiego. Esempi di veicoli circolanti in Italia. Aspetti peculiari del materiale Motore. Locomozione Ferroviaria. Resistenza al Moto ed aderenza. Leggi di aderenza al variare della velocità. Il cabraggio delle locomotive e la trazione bassa. Sistemi di Trazione Elettrica ed influenza sul progetto generale della locomotiva: evoluzione dei sistemi di motorizzazione e di regolazione dei motori. Pantografo e catenaria. Elementi costruttivi dei veicoli ferroviari. Componenti Meccanici: Ruote, assili, boccole, sospensioni, Organi della Repulsione e di collegamento: Caratteristiche, Prestazioni, Materiali e metodi di dimensionamento. Normative di riferimento. Elementi costruttivi, progettuali degli elementi di sospensione dei veicoli ferroviari: Molle a Balestra, Molle a Bovolo, Flexicoil, Molle ad Aria, Elementi di sospensione in gomma (Silent-Block, Chevron, tamponi in gomma), smorzatori oleodinamici. Sistemi di guida Boccola. Parasale Rigido, tipo prismatico, tipo cilindrico, a quadrilatero di watt. I Carrelli Ferroviari: Carrelli Merci, Carrelli per veicoli passeggeri, Carrelli per locomotive, convenzionali e per veicoli ad alta velocità. Evoluzione dei carrelli ferroviari, caratteristiche tecniche e funzionali di alcuni carrelli di particolare interesse per la tecnica ferroviaria. (Carrello Fiat F7195 - Y0270 - Y32, Y25, Carrello Merci Nord Americano in Tre Pezzi, Carrello Commonwealth, Minden-Deutz, Goerlitz, Schlieren, Wegman-Kassel, SIG, Y237. Carrelli per locomotive ed elettrotreni: ETR500, ETR450, ETR460, E636, E632-E633, E444, ALN663, carrelli a tre assi.) Casse e telai: Caratteristiche costruttive, materiali e metodi per definire i carichi ed effettuare il dimensionamento strutturale. Cenni sui problemi specifici delle carrozze: accesso, riscaldamento, illuminazione, climatizzazione. Frenatura ferroviaria Note storiche, requisiti del freno ideale. Tipologie di impianti frenanti: Freno diretto, freno a vuoto, freno ad una condotta, freno a due condotte, freno a tre condotte per automotrici. Componenti meccanici del sistema frenante: Freni a Ceppi, Freni a disco, timoneria del freno per sistemi a ceppi ed a dischi. Sistemi di recupero del gioco. Componenti Pneumatici del sistema frenante: Relè pneumatico, Relè alimentatore, Trasformatore di pressione, Valvola tripla, Distributore di tipo Europeo: principio di Funzionamento, dispositivo di primo tempo, dispositivo di protezione del serbatoio di comando, Regimi P e G. Analisi di dettaglio di un distributore di tipo Europeo (tipo Breda). Impianti con sistemi Vuoto-Carico di tipo meccanico e pneumatico, a gradino e autocontinui. Equilibrio dell'asse frenato e calcolo degli sforzi in frenatura. Calcolo dello spazio di frenatura di veicoli e convogli. Regole per la composizione dei convogli in funzione delle caratteristiche della linea e della velocità. Elementi di trasmissione. Evoluzione dei sistemi di trasmissione ferroviaria. Trasmissioni per locomotive ed automotrici elettriche o a trazione Diesel con trasmissione elettrica: Trasmissione tranviaria, Trasmissione a singolo asse cavo con giunti flessibili (Tipo Negri, Tipo Bianchi, con tasselli elastici). Trasmissione a doppio asse cavo. Trasmissioni ad anello danzante. Elementi di trasmissione con giunti rigidi (Tipo Brown Boveri, Oerlikon, Skoda, a Lira) e con giunti elastici (Secheron, Quill Drive, Negri). Trasmissione con motore cavo, trasmissione con pignone cavo. Trasmissioni per veicoli ad alta Velocità: TGV (Giunti a tripode), ETR 500 (doppio anello danzante in linea). Trasmissioni per veicoli tiltanti: Alberi cardanici per impiego in campo ferroviario. Trazione Diesel: trasmissioni meccaniche, idromeccaniche, idrostatiche ed idrauliche. Inversori per Locomotive di Manovra. Inversori per locomotive di linea. Ponti inversori. Ponti per automotrici e per locomotive a trasmissione idraulica. Cambio per automotrici, Cambio epicicloidale Breda-Wilson. Giunto idraulico. Convertitore di Coppia. Cambio idraulico per locomotive di linea per servizi veloci e pesanti. Dinamica del veicolo Ferroviario - Tecnica di Marcia Interazione ruota-Rotaia, Forze di contatto ruota/Rotaia. Sicurezza di Marcia del veicolo ferroviario. Moto di serpeggio e stabilità di Marcia. Qualità di marcia e comfort del passeggero. Aspetti Normativi. Quadro Normativo Europeo. Norme impiegate per la verifica strutturale dei veicoli e dei componenti dei veicoli ferroviari. Aspetti Manutentivi del veicolo ferroviario. Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
Introduction to the subject Historical considerations on the evolution of rail transport systems. General information on rail transport and on special railways (Railways, Funicular Railways, Mono rails, Maglev). Railway Track: Typical lines, basic technological and performance characteristics. Design constraints of the railway rolling stock: limit weights, gauge limit, track gauge, electrification, vehicle connections and sub-systems. Information on variable gauge vehicles and on tilting-vehicles. Classification and main characteristics of railway vehicles in relation to employment. Examples of vehicles circulating in Italy. Particular features of the Engine material. Railway Locomotion. Resistance to Motion and Adherence. Adherence to speed variation. The cabling of locomotives and low traction. Electrical traction systems and influence on the general design of the locomotive: evolution of motorization and motor control systems. Pantograph and catenary. Construction elements of railway vehicles. Mechanical Components: Wheels, Axle-box, bearings, Suspension, Repulsion and Connection elements: Features, Performance, Materials and design methods. Reference standards. Construction elements, design elements for suspension of railway vehicles: leaf springs, volute springs, flexicoil springs, air springs, rubber suspension elements (silent-block, chevron, rubber pads), hydraulic dampers. Axle-guiding systems: rigid axle guide, prismatic type, cylindrical type, watt system, elastic guide systems. Railway bogies: freight, passenger and locomotive bogies, conventional and high speed vehicles bogies. Evolution of railway bogies, technical and functional characteristics of some bogies of particular interest for the railway technique. (Fiat Bogie F7195/Y270/Y32, Y25, North American freight three-piece truck, Commonwealth bogie, Minden Deutz, Goelitz, Schlieren, Wegman-Kassel, SIG, Y237, Locomotive bogies: ETR500, ETR450, ETR460, E636, E632-E633, E444, ALN663, three axle bogies) Coaches and frames: Construction features, materials and methods for defining loads and performing structural design. Specific passenger vehicle features: access, heating, lighting, air conditioning. Railway braking Historical notes, ideal brake requirements. Types of braking systems: Direct brake, vacuum brake, single-pipe brake, two-pipes brake, three-pipes brake for light rail/Dmu. Mechanical braking system components: Brakes, Disc brakes, Brake leverages for brake shoes systems and brake disks. Backlash recovery systems. Brake System pneumatic components: Pneumatic Relay, Power Supply Relay, Pressure Transformer, Triple Valve, European Type Distributor (Operation Principle, First Time Device, Control Tank Protection System, P and G regime regulators. Example: Breda type distributor. Mechanical and pneumatic load/tare devices (step and variable load behavior). Brake axle force balance and braking force calculation. Calculation of braking space for vehicles and convoys. Rules for convoy composition according to line and speed characteristics. Power train and transmission elements. Evolution of railway transmission systems. Transmission for electric locomotives or Diesel with electric transmission: Tram-like transmission, Single hollow-shaft transmission with flexible joints (Type Negri, Bianchi, with rubber bushing). Double hollow-shaft transmission. Flying-ring transmissions. Transmission elements with rigid joints (Brown Boveri, Oerlikon, Skoda, Lira) and with elastic joints (Secheron, Quill Drive, Negri). Transmission with hollow motor, hollow gear transmission. High Speed Vehicle Transmissions: TGV (Tripod type), ETR 500 (Double Inline hollow-shaft with flying ring). Transmissions for tilting vehicles: Cardan shafts for use in the railway field. Diesel drive: mechanical, hydro-mechanical, hydrostatic and hydraulic transmissions. Reversing gearboxes for shouting locomotives. Reversing gearboxes for line locomotives. Reversing axle-mounted gearboxes. Light-rail DMU gearbox, Breda-Wilson epicyclical clutch. Fluid coupling. Hydraulic torque converter. Hydraulic power-shift for line locomotives for fast and heavy services. Railway Vehicle Dynamics Wheel-Rail interaction, wheel/rail contact forces. Railway Vehicle Safety against derailment in curves. Hunting motion and vehicle running stability. Passenger ride quality and comfort. Normative Aspects. European Standard Framework. Standards used for the structural verification of vehicles and components of railway vehicles. Maintenance of the railway vehicle.
L'insegnamento è organizzato in quattro sezioni principali: la prima riguarda aspetti introduttivi e generali relativi al sistema ed ai veicoli ferroviari, questa parte inquadra i vincoli progettuali posti dal sistema, dal quadro normativo e descrive sommariamente l'evoluzione dei veicoli e la loro classificazione prendendo ad esempio il parco circolante sul territorio nazionale. La seconda sezione riguarda la progettazione dei sottosistemi meccanici del veicolo ferroviario, con particolare riguardo agli aspetti funzionali e strutturali, ai materiali e processi impiegati e alle tecniche di progettazione. La terza sezione riguarda i sistemi frenanti utilizzati nei rotabili. La quarta sezione riguarda i sistemi di trasmissione. In aggiunta a questi argomenti, sono trattati altri aspetti di carattere generale tra cui lo studio della dinamica del veicolo, le forze scambiate tra ruota e rotaia ed il loro rapporto con la sicurezza di marcia ed il comfort del passeggero.
The subject is organized in four main sections: the first concerns introductory and general aspects related to the railway system and railway vehicles, this part describes the design constraints given by the system, by the regulatory framework and summarizes the evolution of vehicles and their classification (with reference to the vehicles circulating on the national territory). The second section concerns the design of the mechanical sub-systems of the railway vehicle, with particular regard to the functional and structural aspects, the materials and processes used and the design techniques. The third section concerns the braking systems used in rolling stock. The fourth section concerns transmission systems. In addition to these topics, other more general aspects are discussed, including the study of vehicle dynamics, the forces exchanged between wheel and rail and their relationship with vehicle safety and passenger comfort.
Lezioni di costruzioni di materiale ferroviario / Franco Di Majo La dinamica del veicolo ferroviario / Romano Panagin Handbook of Railway Vehicle Dynamics/ S. Iwnicky Modern Railway Track/ C. Esveld. Dispense dell'insegnamento.
Lezioni di costruzioni di materiale ferroviario / Franco Di Majo La dinamica del veicolo ferroviario / Romano Panagin Handbook of Railway Vehicle Dynamics/ S. Iwnicky Modern Railway Track/ C. Esveld. Teaching material.
Modalità di esame: prova orale obbligatoria;
L'esame è relativo agli argomenti trattati nell’insegnamento e consiste in un esame orale con domande scritte. Il candidato riceverà quattro domande, tipicamente la prima relativa ad aspetti costruttivi, la seconda ai sistemi di frenatura, la terza ai sistemi di trasmissione e la quarta ad aspetti più generali. Il candidato ha a disposizione un’ora per rispondere sinteticamente a tutte le domande, ed eventualmente gli sarà richiesto di completare le risposte a voce, durante la successiva analisi delle risposte che avverrà lo stesso giorno. Il risultato dell'esame sarà ottenuto facendo la media dei singoli voti ottenuti in ciascuna domanda.
Exam: compulsory oral exam;
The examination is related to the argument explained during the semester, it consists of an oral examination with written questions. The candidate will receive 4 questions, typically the first relative to design aspects, the second related to the braking system, and the third to transmissions and the fourth to other/general aspects. The candidate has 1 hour to answer synthetically to all the questions, and eventually will be asked to complete the answers during the oral session the same day. The final results will be obtained considering the average of the score over all the questions.


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