An experimental method for the estimation of the adhesion coefficient and the running resistance of a train

The formulas of the current running resistance are derived historically from the experimental studies of the first part of the XX century. Now, these methodologies are still effective, but it is important to investigate this area due to the enormous transformation of the actual rolling stock, related to the progress of the technology. Each manufacturer of the locomotive calculates the resistance in a different way and sometimes it is nearly impossible to compare the resistance of two different companies. In addition, the ideal test done for the manufacturer does not reproduce accurately the real railway operation. For all these reason, Renfe, the Spanish state-owner railway company would like to verify and control these equations, in order to have the real effective resistance of the own rolling stock and therefore increase, if it possible, the load towed and the operation of the freight sector. So, the objective of the following study is to calculate the running resistance of a particular locomotive depending on the load and guarantee its worth. On the other side, in this study it is estimated the wheel-rail adhesion coefficient at starting condition in three different configurations: dry, wet and with oil. The main principle and characteristic of this work is the on-site measurements done during the experimental tests. In contrast, it is developed a simulation of the configuration at different velocity in order to study the aerodynamic profile of it. With this tool, it is possible to obtain a comparison between the aerodynamic resistance measured in the test and the one that is calculated through the software. As result, the aerodynamic resistance is decoupled from the other parts of the running resistance and it can be calculated through the simulation, saving money and time. This method could be considered as a model and be extrapolated to other rolling stocks.

Le formule attuali della resistenza all'avanzamento derivano storicamente da alcuni studi sperimentali fatti nella prima parte del XX secolo. Ora, le metodologie usate per calcolarle sono tuttora efficaci, ma risulta di vitale importanza investigare su questo tema dovuto alle grandi trasformazioni che ha subito il materiale rodante grazie allo sviluppo tecnologico degli ultimi anni. Per di più ogni produttore di locomotive calcola la resistenza in maniera differente e comparare i risultati risulta difficile. Inoltre, i test effettuati idealmente da questi produttori non riproducono fedelmente la realtà del mondo ferroviario. Per tutte queste ragioni, Renfe, la impresa ferroviaria pubblica spagnola ha voluto verificare e controllare queste equazioni, per avere un reale valore della resistenza del proprio materiale rodante e in questo modo aumentare, dove possibile, il carico trasportato e di conseguenza migliorare le operazioni del settore mercantile. Di conseguenza l’obiettivo principale di questo studio è quello di calcolare la resistenza all'avanzamento di una particolare locomotiva in funzione del carico e garantire la sua validità. Dall'altro lato, viene anche calcolato il coefficiente di aderenza in partenza in tre diverse configurazioni: secco, bagnato e con olio. La principale caratteristica della tesi è rappresentata dalle misure fatte in situ nei due rispettivi test. In contrasto con questa parte sperimentale, è stato sviluppato una simulazione della composizione a diverse velocità per studiare e caratterizzare il suo profilo aerodinamico. Con questo strumento, è possibile ottenere un confronto tra la resistenza aerodinamica misurata nel test e quella calcolata attraverso il software. Come risultato, la resistenza aerodinamica risulta disaccoppiata dalle altre parti della resistenza all'avanzamento e può essere calcolata con la simulazione, risparmiando denaro e tempo. Questo metodo potrebbe essere considerato come un modello e estrapolato per altre composizioni e configurazioni.