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PORTALE DELLA DIDATTICA

Progettazione meccanica e trazione elettrica di veicoli su rotaia

01VJHNE

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/14 10 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
2021/22
Obiettivo dell’insegnamento è fornire agli studenti la conoscenza degli aspetti funzionali, costruttivi e progettuali peculiari dei veicoli ferroviari tradizionali, metropolitani e ad alta velocità a trazione elettrica. In particolare, l’insegnamento fornisce all’allievo le conoscenze di sistema affinché sia in grado di conoscere i principi di progettazione funzionale e di specificazione tecnica degli azionamenti elettrici, le diverse opzioni tecnologiche in funzione delle prestazioni e del servizio richiesto e di valutare i problemi connessi al loro impiego nei mezzi di trasporto su rotaia. Vengono inoltre 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. L'insegnamento è organizzato in due parti, la prima inerente agli aspetti meccanici, la seconda relativa alla trazione elettrica.
The objective of the subject is to provide the knowledge of the design and functional aspects of traditional, metropolitan and high-speed rail vehicles with Electric Traction. In particular, aim of the subject is to provide the student with system knowledge to be able to acquire the principles of functional design and technical specification of electric drives, the different technological options according to the performance and service required and to evaluate the problems. related to their use in rail transport. The aspects relating to the dynamics of the railway vehicle and the related problems for freight, passenger or high-speed vehicles are also analyzed. These aspects are analyzed by studying in particular the problems of wheel-rail contact during straight-line, curving and traction / braking. Both aspects relating to vehicle dynamics and those relating to vehicle construction are described considering the regulatory aspects and operating problems. The subject is organised in two parts, the first one dealing with Mechanical subjects, the second related to Electric traction.
Parte Meccanica 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. Parte Elettrica Lo studente che segue l’insegnamento svilupperà la capacità di interpretare correttamente la documentazione tecnica relativa agli azionamenti elettrici per la trazione ferroviaria. Lo scopo è quello di fornire allo studente le conoscenze necessarie per effettuare le scelte e i compromessi tecnici implicati dalla specificazione delle caratteristiche e delle prestazioni degli azionamenti di trazione.
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.
Conoscenza degli elementi di base della fisica, della meccanica applicata, del comportamento meccanico dei materiali, del disegno tecnico. Le precedenze raccomandate includono le nozioni base dell’elettrotecnica e delle macchine elettriche.
Conoscenza degli elementi di base della fisica, della meccanica applicata, del comportamento meccanico dei materiali, del disegno tecnico.
PARTE MECCANICA (50h) • Generalità sul trasporto ferroviario (10h) o Introduzione e cenni storici sull'evoluzione dei sistemi di trasporto ferroviario o Linea ferrata (cenni): Tipologie di linee, caratteristiche tecnologiche e prestazionali di base o Vincoli di progettazione del veicolo ferroviario o Classificazione dei veicoli in funzione dell’impiego e relative caratteristiche o Materiale motore: cenni di meccanica della locomozione, aderenza, trazione bassa. pantografo/catenaria • Elementi costruttivi dei veicoli ferroviari (6h) o Ruote, assili, boccole o Organi della Repulsione e di collegamento o Sistemi di guida Boccola o Elementi di sospensione o Struttura dei veicoli • Carrelli Ferroviari (6 h) o carrelli per vicoli merci o carrelli per vicoli passeggeri o Carrelli per locomotive • Dinamica del veicolo ferroviario (8h) o Interazione Ruota-rotaia o Stabilità di marcia o Sicurezza di marcia o Comfort del passeggero • Frenatura del convoglio (9h) o Note storiche, requisiti del freno ideale o Tipologie di impianti frenanti o Componenti pneumatici utilizzati nell’impianto freno o Sistemi vuoto-carico o Sistemi anti-pattinamento o Calcolo dell0’energia in frenata e dello spazio di frenata • Sistemi di trasmissione (8h) o Tipologie di trasmissioni per locomotive elettriche e Diesel o Trasmissioni meccaniche o Trasmissione idrostatiche ed idrodinamiche • Cenni relativi alla manutenzione dei rotabili (3h) TRAZIONE ELETTRICA (50h) • Cenni storici sull’evoluzione dei sistemi di trasporto ferroviario (3h) • Macchine elettriche per la trazione ferroviaria (12h) o Macchine in corrente continua o Macchina asincrona o Macchine sincrone • Elettronica di potenza e regolazione dei motori di trazione (15h) o Componenti per l’elettronica di potenza o Strutture di conversione o Principi di controllo degli azionamenti elettrici • Sistemi elettrici per la trazione ferroviaria (10h) o Reti elettriche per la trazione e sottostazioni di alimentazione o Sistemi di trazione a corrente continua con regolazione reostatica o Sistemi di trazione a corrente continua con regolazione elettronica o Sistemi di trazione a corrente alternata o Sistemi ausiliari o Cenni sulla segnalazione ferroviaria • Esempi di locomotive ed elettrotreni (10h) o Locomotive in corrente continua o Locomotive politensione o Elettrotreni per il trasporto ferroviario ad alta velocità o Sistemi di trazione diesel-elettrico
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. 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.
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 le macchine elettriche ed i convertitori elettronici di potenza impiegati per la trazione, 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.
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.
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. F. Marignetti, La trazione ferroviaria – I sistemi a guida vincolata', Società Editrice Esculapio, 2018; G. Vicuna, 'Organizzazione e tecnica ferroviaria', CIFI Ed, 1986. 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. Dispense dell'insegnamento.
Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta (in aula);
L'esame in modalità in presenza consiste in un orale in forma scritta, articolata in due parti: Parte 1 (Meccanica) e Parte 2 (Trazione Elettrica). Ciascuna parte sarà valutata indipendentemente con un risultato in trentesimi (inclusa lode). E' richiesta la sufficienza (18/30) in ognuna delle due parti. Il voto finale è ottenuto dalla media dei risultati delle due parti. Parte 1 (Meccanica): durata 1 ora. Lo studente deve rispondere a quattro quesiti a risposta aperta. 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 due ore per rispondere a tutte le domande. Il risultato dell'esame sarà ottenuto facendo la media dei singoli voti ottenuti in ciascuna domanda. Parte 2 (Trazione Elettrica): durata 30 minuti. consiste in 20 domande a risposta multipla inerenti specifici argomenti nell'ambito del programma svolto. E’ obbligatoria la prenotazione all'esame tramite il portale della didattica. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari; è ammesso l’utilizzo della calcolatrice per la risoluzione degli eventuali quesiti di calcolo. Potrà essere valutato l'impiego della piattaforma Exam anche per la prova in presenza, da svolgersi presso un LAIB.
Exam: Computer lab-based test; Written test;
L'esame in modalità in presenza consiste in un orale in forma scritta, in cui lo studente deve rispondere a quattro quesiti a risposta aperta. 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 due ore per rispondere a tutte le domande. Il risultato dell'esame sarà ottenuto facendo la media dei singoli voti ottenuti in ciascuna domanda.
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
L'esame in modalità remota sarà effettuata mediante lo strumento exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus) L'esame in modalità remota consiste in un orale in forma scritta, articolata in due parti: Parte 1 (Meccanica) e Parte 2 (Trazione Elettrica). Ciascuna parte sarà valutata indipendentemente con un risultato in trentesimi (inclusa lode). E' richiesta la sufficienza (18/30) in ognuna delle due parti. Il voto finale è ottenuto dalla media dei risultati delle due parti. Parte 1 (Meccanica): durata 1 ora. Lo studente deve rispondere a quattro quesiti a risposta aperta. 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 due ore per rispondere a tutte le domande. Il risultato dell'esame sarà ottenuto facendo la media dei singoli voti ottenuti in ciascuna domanda. Parte 2 (Trazione Elettrica): durata 30 minuti. consiste in 20 domande a risposta multipla inerenti specifici argomenti nell'ambito del programma svolto. E’ obbligatoria la prenotazione all'esame tramite il portale della didattica. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari; è ammesso l’utilizzo della calcolatrice per la risoluzione degli eventuali quesiti di calcolo.
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
L'esame in modalità remota sarà effettuata mediante lo strumento exam e consisterà in quattro domande a risposta aperta. 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 due ore per rispondere a tutte le domande. Il risultato dell'esame sarà ottenuto facendo la media dei singoli voti ottenuti in ciascuna domanda.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus); Prova scritta tramite l'utilizzo di vLAIB e piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus). ;
L'esame in modalità mista sarà effettuata mediante lo strumento exam o una prova scritta equivalente per gli studenti in presenza. In questo caso anche per gli studenti in presenza si cercherà di privilegiare una prova scritta presso un Laib con lo strumento VLAIB-Exam. L'esame consiste in un orale in forma scritta, articolata in due parti: Parte 1 (Meccanica) e Parte 2 (Trazione Elettrica). Ciascuna parte sarà valutata indipendentemente con un risultato in trentesimi (inclusa lode). E' richiesta la sufficienza (18/30) in ognuna delle due parti. Il voto finale è ottenuto dalla media dei risultati delle due parti. Parte 1 (Meccanica): durata 1 ora. Lo studente deve rispondere a quattro quesiti a risposta aperta. 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 due ore per rispondere a tutte le domande. Il risultato dell'esame sarà ottenuto facendo la media dei singoli voti ottenuti in ciascuna domanda. Parte 2 (Trazione Elettrica): durata 30 minuti. consiste in 20 domande a risposta multipla inerenti specifici argomenti nell'ambito del programma svolto. E’ obbligatoria la prenotazione all'esame tramite il portale della didattica. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari; è ammesso l’utilizzo della calcolatrice per la risoluzione degli eventuali quesiti di calcolo. 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 due ore per rispondere a tutte le domande.
Exam: Written test; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus); Written test via vLAIB using the Exam platform and proctoring tools (Respondus).;
L'esame in modalità mista sarà effettuata mediante lo strumento exam o una prova scritta e consisterà in quattro domande a risposta aperta. 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 due ore per rispondere a tutte le domande. Il risultato dell'esame sarà ottenuto facendo la media dei singoli voti ottenuti in ciascuna domanda.
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