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.
 

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, dell'elettrotecnica di base, del disegno tecnico.
 

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.
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico

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.

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.