Studio, progettazione e collaudo di un nuovo sistema per la regolazione ed il controllo della lunga rotaia saldata

This thesis is the result of experimental work carried out in collaboration with the Alpha Caesar srl and consists in the study and implementation of a new system for adjustment and operation monitoring of a long welded rail. Since the beginning of rail, in order to avoid the effects of prevented contraction or expansion, resulting from the thermal drift of the rails, the joint technology has been used, allowing the rail to deform freely due to the presence of appropriate expansion lights. The subsequent development of the long welded rail, starting from the 50’s, has overcome the operational limitations associated with the presence of joints. Procedures for regulation, control and certification of long welded rails are in constant development: the field has moved from visual and manual techniques to modern computer systems, such as that patented in 2007 and used until now by RFI. Our project has been developed with the goal of overcoming the limitations associated with such a system through the use of less cumbersome and more precise equipment. By using high precision strain gages stuck on the rail and connected to a USB card, one can control both the adjustment process and the operation monitoring from a single PC using a dedicated software. These measurements are based directly on the evaluation of internal stresses on the rail. The thesis is organized as follows: in the first three chapters the fundamentals of steel thecnology for railway equipment, the phenomena related to the thermal expansion of the track and the technology of the long welded rail are discussed. In the second part we will describe the hardware and software that build up the system and discuss the results of laboratory and on–site measurements designed to test and validate its operation. The measurements confirm the validity of the theory used and represent a starting point for further developments of the system through technical improvements and experimental investigations.

Questa tesi è il risultato di un lavoro sperimentale svolto in collaborazione con l’Alpha Caesar srl e consiste nell’attività di studio e realizzazione di un nuovo sistema per effettuare la regolazione della lunga rotaia saldata (l.r.s.) e per il suo controllo in esercizio. Fin dall’origine del trasporto ferroviario, per evitare gli effetti derivanti da contrazioni o dilatazioni impedite conseguenti alle variazioni termiche delle rotaie, si è ricorsi alla tecnologia delle giunzioni che permettevano al binario di deformarsi liberamente grazie alla presenza di opportune luci di dilatazione. Il successivo sviluppo della l.r.s., a partire dagli anni ‘50, ha permesso di superare le limitazioni operative connesse alla presenza delle giunzioni. I procedimenti di regolazione, controllo e certificazione della l.r.s. sono in continuo sviluppo: si è passati da tecniche manuali e visive a moderni sistemi informatizzati, come quello brevettato nel 2007 e utilizzato fino ad oggi da RFI. Il progetto da noi sviluppato si è posto come obbiettivo il superamento dei limiti connessi a quest’ultimo, grazie all’utilizzo di un’attrezzatura meno ingombrante e più precisa. Mediante estensimetri ad alta precisione incollati sulla rotaia e collegati ad una scheda USB, si gestisce sia il processo di regolazione che quello di monitoraggio da un unico PC grazie ad un software appositamente realizzato. Tali misurazioni si basano direttamente sulla valutazione delle sollecitazioni interne alla rotaia. La tesi è così suddivisa: nei primi tre capitoli si affrontano gli aspetti fondamentali per comprendere le caratteristiche degli acciai per armamento ferroviario, i fenomeni connessi alla termica del binario e la tecnologia della l.r.s. Nei restanti capitoli verranno invece descritti l’hardware e il software che costituiscono il sistema e le prove realizzate in laboratorio e in sito per collaudare il funzionamento dello stesso. Le misurazioni effettuate, in fase di verifica e collaudo su campo, confermano la validità dell’approccio teorico utilizzato e costituiscono una base di partenza per ulteriori sviluppi del sistema mediante approfondimenti sperimentali e perfezionamenti successivi.