Sistemi elettrici per i trasporti - Università di Padova - Università ...

3. IL FENOMENO DELL’ADERENZA
Appunti di Meccanica della trazione ferroviaria
Come già è stato detto in precedenza, il moto dei mezzi di trasporto ferroviario utilizza la COPPIA
CINEMATICA RUOTA-ROTAIA. La forza massima che può essere trasmessa da tale coppia
cinematica dipende dal carico trasportato e si esplica attraverso il fenomeno dell’aderenza. Il moto
viene quindi trasmesso grazie all’attrito che esiste tra ruota e rotaia, detto attrito di primo distacco,
diverso e maggiore dall’attrito di strisciamento.
La zona di contatto tra ruota e rotaia non è un punto come sarebbe ipotizzabile, bensì una superficie
la cui estensione dipende dal diametro della ruota e dal peso gravante sulla stessa. Tale superficie
dQ
prende il nome di impronta, dove il peso Q si distribuisce con una pressione p = variabile da
dA
punto a punto (nulla nei bordi e massima al centro).
La forma dell’impronta è all’incirca ellittica quando
la ruota è ferma e tende ad un rettangolo con
l’usura del cerchione. Quando la ruota è in
movimento la distribuzione delle pressioni si
deforma per effetto dell’isteresi elastica del
materiale costituente la ruota e la rotaia.
Il valore medio della pressione ( p m ) è dell’ordine
di 500-1000
2
2
N mm (5000-10000 kg cm ).
Considerando che il peso della ruota sulla rotaia vale in genere Q ≅ 10t, si può stimare facilmente
l’area dell’impronta:
A =
Q
p
m
3
10 ⋅10
kg
=
5000 ÷ 1000kg
/ cm
rev. Ottobre 2006 12
2
≅ 1cm
Grazie all’aderenza quindi anche con impronte di area molto piccola si riescono a trasmettere
coppie notevoli.
L’aderenza viene indicata con le lettere F a (Forza di aderenza) ed è espressa con la relazione
generale dell’attrito, ovvero
Fig. 12
Figura 1.3.1
Fa f a
= 0
dove fa0 è chiamato coefficiente di aderenza a veicolo fermo.
Bisogna garantire che la trasmissione del moto avvenga senza perdita di aderenza.
Affinché non si verifichi lo slittamento o il pattinamento della ruota sulla rotaia è necessario che la
forza motrice, oppure frenante, applicata alla periferia della ruota non superi l’aderenza, da qui
⋅Q
2