Sviluppo e test di un prototipo di carrello tranviario ad assi sterzanti

When a bogie turns into a curve, a relative yaw angle arises between wheelset and rails much higher than lower is the radius of the track. This produces high creepage forces, particularly for high friction coefficient, that may cause squeal noise and wear of wheel and rail profiles. In relation to these problems, a possible solution is represented by the reduction of the angle of attack between wheels and rails and consequently of the creepage forces. In this thesis an active steering system for tramcar bogies is presented, which is based on an articulated bogie-frame equipped with an electric longitudinal actuator able to control the relative rotation between the two half-frames. In the thesis has been dealt the design of the bogie, the sizing of the actuation system and the implementation of the feed-back control strategy. To verify the reliability of the proposed solution some functionality tests were initially conducted on the longitudinal actuator, followed by steering tests of the bogie. The experimental campaign ended with in-line tests on a modern low-floor tramcar vehicle in order to prove the system’s performances in terms of reduction of creepage forces and squeal noise. The analysis carried out have given promising results and, compatibly with the low number of experimental data, the steering bogie has showed a good behavior as far as the reduction of squeal noise are concerned.

Quando un carrello ferroviario tradizionale si inserisce in curva si instaura un angolo di serpeggio relativo tra sala e binario tanto più elevato quanto minore è il raggio del tracciato. Ciò fa nascere forze di pseudoslittamento importanti che, soprattutto per elevati valori di coefficiente d’attrito, possono provocare rumore di stridio (squeal noise) e usura dei profili di ruota e rotaia. In relazione a tali problematiche, una soluzione sicuramente efficace consiste nel ridurre l’angolo di attacco ruota-rotaia e, conseguentemente le forze di contatto. In questa tesi viene presentato un prototipo di carrello tranviario ad assi sterzanti caratterizzato da un telaio articolato ed equipaggiato con un attuatore elettrico di sterzatura in grado di comandare la rotazione relativa fra i due assi. Nella tesi sono state affrontate la progettazione meccanica del carrello, il dimensionamento del sistema di attuazione e l’implementazione del sistema di controllo in anello chiuso. Per verificare l’affidabilità del sistema di sterzatura sono stati inizialmente effettuati dei test di funzionalità sul solo attuatore elettrico, seguiti da una serie di prove a banco sul carrello assemblato. L’attività sperimentale si è conclusa con dei test in linea compiuti su un tram a pianale ribassato, al fine di valutare le prestazioni in curva del carrello prototipo in termini di riduzione delle forze di contatto e del rumore di stridio. Le diverse analisi effettuate hanno dato risultati molto promettenti e, compatibilmente con il numero limitato di dati sperimentali disponibili, il carrello ad assi sterzanti sviluppato ha mostrato un buon comportamento dal punto di vista della riduzione del rumore di stridio emesso.