Frenatura dei convogli ferroviari Rev. 2013Una delle componenti progettuali pi importanti, tra tutti quelli il cui sviluppo richiesto al

fine di consentire l'aumento delle velocit raggiungibili nell'esercizio ferroviario, quella dellafrenatura dei rotabili. Si possono individuare numerose problematiche che connettono l'elementofrenatura con l'elemento velocit; eccone alcune:- l'aumento, quadratico rispetto alla velocit, dell'energia da dissipare;- l'esigenza di contenere gli spazi di arresto entro limiti compatibili con il layout degli impianti di

segnalamento esistenti e comunque la necessit di non dilatare gli spazi di distanziamento fratreni oltre un certo limite (questo perlomeno per i sistemi di distanziamento a spaziotradizionali) ovvero, allopposto, lesigenza di imporre velocit pi limitate;

- l'incremento delle azioni dinamiche che possono sorgere all'interno del convoglio a causa delritardo insito nella propagazione del comando del freno lungo il convoglio e nei tempi diintervento delle apparecchiature; questo implica un non perfetto sincronismo nell'applicazionedello sforzo frenante sui diversi veicoli con effetti nocivi che possono portare allo spezzamentodegli organi di aggancio;

- l'esigenza di garantire un comfort di marcia di livello sempre migliore e quindi lassenza distrappi e contraccolpi in fase di arresto. La realizzazione di dispositivi di frenatura avanzati procedono di pari passo con lo sviluppo

tecnologico delle apparecchiature, dei componenti e dei materiali impiegati per la realizzazionedell'impianto frenante di un veicolo ferroviario. Si illustreranno tali problematiche ripercorrendo latrattazione delle caratteristiche principali di un freno ferroviario ad aria compressa (1) (Pag. 130 eseguenti del testo del prof. Maternini) che si riassumono cos:

a) Continuit possibilit di comandare il freno da un unico punto, mentre lazione frenantesi estende a tutto il convoglio

b) Automaticit intervento automatico del freno (in frenatura) al verificarsi di un eventopotenzialmente pericoloso (spezzamento del convoglio, intervento delle apparecchiature disicurezza che vigilano sulla marcia sicura del treno)

c) Moderabilit in frenatura ed in sfrenatura (questultima collegata allinesauribilit)d) Potenza. Va ricordato innanzitutto che i freni ferroviari automatici ad aria compressa sono attivati

provocando una caduta di pressione in un'apposita condotta detta condotta generale del freno. Sitratta quindi di un freno indiretto. Quindi, per poter funzionare, il freno ferroviario deve esserepreventivamente "armato", cio la condotta del freno e tutte le capacit (serbatoi) ad essa collegatedebbono essere portate ad una pressione di regime, stabilita dalle norme UIC in 5 bar. Tali capacit(serbatoi) sono chiamati in causa nella regolazione e nellazionamento del freno. Sono denominatiserbatoi ausiliari e sono collocati su ciascuno dei veicoli in composizione, quelli che costituisconola riserva di potenza per lazionamento del freno. Il valore dell'azione frenante correlato conl'entit della caduta di pressione provocata dal guidatore a mezzo del rubinetto di comando,partendo dal valore di regime. Con la condotta a regime (5 bar) i freni debbono ovviamenterisultare aperti.

Quanto appena detto, e tutta un'ulteriore serie di requisiti che debbono essere posseduti daifreni ferroviari per poter essere "omologati" per il servizio internazionale (2), fa parte di

1 I freni a vuoto, tuttora impiegati dalle ferrovie del Regno Unito e su molte linee a scartamento ridotto, possono

soddisfare parimenti a tutte le condizioni esposte appresso. Tuttavia si tratta di un sistema destinato all'obsolescenza inquanto non suscettibile di sostanziali miglioramenti nelle prestazioni.

2 L'unificazione delle caratteristiche tecniche di costruzione e di funzionamento dei veicoli ferroviari stato uno dei

primi problemi affrontati e risolti con accordi internazionali, al fine di consentire lo scambio dei veicoli tra le diverseReti senza dover operare rotture del carico. Gi dal secolo XIX fu elaborata l'"Unit Tecnica delle Ferrovie", piccolapubblicazione che rimase da allora fondamento per il processo di unificazione. A partire da elementi basilari, quali loscartamento (distanza tra le facce interne delle rotaie) e la sagoma limite (profilo ideale entro cui devono essereinscrittibili i veicoli ed i carichi), il processo in parola coinvolse in successione settori complessi quali la frenatura, ilriscaldamento e l'illuminazione elettrica delle carrozze, solo per citarne alcuni.

Al giorno d'oggi il processo tuttora attivo; il suo obiettivo quello dell'interoperabilit, cio la possibilit che unconvoglio percorra indifferentemente le linee di amministrazioni o Stati diversi utilizzando - oltre a tutte leapparecchiature sopra citate - anche i sistemi di segnalamento, di telecomunicazione e di alimentazione elettrica in usopresso tali reti.

2prescrizioni obbligatorie dell'U.I.C. (fiche 540-O e 544) che contemplano specificamente lepropriet che sono oggetto dello studio che qui interessa approfondire. Il soddisfacimento di tuttiquesti requisiti determina, tra l'altro, le leggi di funzionamento in base alle quali deve essereprogettato e realizzato il distributore, che l'organo fondamentale tra tutti quelli di cui compostal'impianto frenante istallato a bordo di ogni veicolo. Esso propriamente un dispositivo pneumatico,pilotato di regola dalla pressione dell'aria nella condotta generale, in grado di stabilire, durante levarie fasi della frenatura e sfrenatura, i collegamenti fra le varie capacit e apparecchiaturepneumatiche fino a raggiungere determinate condizioni di equilibrio: in sintesi:

durante la frenatura: collegamento: Serbatoio ausiliario Cilindro a frenodurante la sfrenatura: collegamenti: Condotta Gen. Serbatoio ausiliario e

Cilindro a freno Atmosfera

Moderabilit:Si intende per moderabilit la possibilit per il guidatore di graduare l'intensit dell'azione

frenante, sia in frenatura che in sfrenatura, entro un ampio campo di valori, in modo da poterimprimere al treno una decelerazione in ogni istante adeguata alle caratteristiche richieste dalpercorso. Ad esempio, frenatura di trattenuta nelle discese, frenatura di rallentamento o di arrestonelle fermate di servizio, frenatura d'urgenza nei casi di pericolo. Deve essere anche garantita lapossibilit di eseguire sequenze di frenature a sfrenature successive senza apprezzabile decadimentodelle prestazioni del freno (vedi pi avanti, inesauribilit).

Il freno Westinghouse, detto anche "valvola tripla", inventato e realizzato nel 1872 , possedevala caratteristica di essere moderabile in frenatura ma non in sfrenatura: l'azione frenante cio potevaesser fatta aumentare progressivamente col decrescere della pressione nella condotta generale per,non appena la pressione in quest'ultima tendeva a risalire (inizio sfrenatura) il cilindro a frenoveniva messo direttamente in comunicazione con l'atmosfera e quindi l'azione frenante si annullava(entro un certo tempo determinato dal calibro dei fori di efflusso) senza alcun ulteriore controllo.

FIGURA 1 (schema dell'impianto frenante di un veicolo dotato di valvola tripla) A=Serbatoio ausiliario;D=Distributore Valvola tripla; V=rubinetto di scarico del cilindro a freno (F); M=rubinetto freno di emergenza)

Il guidatore, con questo tipo di freno, pu accrescere progressivamente l'azione frenante, ancheoperando successive riduzioni della pressione in condotta ma, una volta operato un qualsiasiaumento di pressione in condotta, viene a provocarsi l'allentamento completo del frenoindipendentemente dal raggiungimento della pressione di regime nella condotta e nelle altrecapacit. Questa modalit di funzionamento richiedeva una condotta molto accorta per nonprovocare lesaurimento, cio la perdita della capacit frenante.

Aumentando progressivamente la frenatura, accade che negli istanti immediatamente precedentil'arresto si manifesti un'esaltazione dell'azione frenante in conseguenza dell'incremento del valoredel coefficiente di attrito ceppi/cerchioni. Ci impone di conseguenza una limitazione della potenza(massa frenata) dei veicoli (Rapporto Q/P < 0,7), salvo che non si adottino provvedimenti specifici.

3Freno Alta Velocit: E un dispositivo che equipaggiava in passato i veicoli atti a circolare avelocit di 120 Km/h e superiori. Per questi, la limitazione della massa frenata era inaccettabile inquanto non poteva essere rispettato lo spazio di frenatura "tipico" di 1200 m; per tale motivo, siricorse all'adozione di particolari dispositivi pneumatici esterni al distributore (regolatori dipressione), interposti fra quest'ultimo ed il cilindro a freno. Il freno cos attrezzato il cosiddetto"freno alta velocit". Collegati ad un sensore tachimetrico (o pi semplicemente ad un interruttorecentrifugo), tali dispositivi riducevano, quando la velocit scendeva sotto una soglia di 60 - 70Figura 1a: Impianto frenante di un veicolo munito di dispositivo Alta Velocit

Km/h, la pressione nel cilindro a freno senza alterare per il resto il funzionamento del distributore.Era consentito quindi realizzare elevati valori di peso frenato alle alte velocit, riducendolo poi

alle basse velocit per compensare il predetto aumento del coefficiente di attrito. Questa tecnologia,che tuttora risulta applicata nei rotabili obsoleti, deve ritenersi del tutto superata con lintroduzioneFigura 1b: Impianto frenante munito di dispositivo antislittanteLegenda: 1 - Cilindro a freno; 2 - Distributore; 3 - Serbatoio ausiliario; 4 - Serbatoio di comando; 6 - Elettrovalvola di comando

del trasformatore di pressione; 7 - Trasformatore di pressione; 8 - Manometro; 9 - Spie freno AV oppure segnalazione asse inslittamento; 10 - Pulsante prova; 12 - Interruttore centrifugo per freno AV; a-b-c-d: ingresso segnali velocit dai 4 assi allacentralina Parizzi

4dei freni ad alta potenza muniti di apparecchiatura antislittante (vedi pi avanti, potenza). Ledue figure 1a e 1b mettono a confronto le apparecchiature frenanti dei due tipi qui citati.

Moderabilit in sfrenatura: Come si accennato a proposito della moderabilit infrenatura, la "valvola tripla" in grado di far stabilire nel cilindro a freno una pressione tantomaggiore quanto minore la pressione in condotta generale. Questo tipo di apparecchio controlla,istante per istante, l'equilibrio fra due sole pressioni, agenti sulle due facce di un pistone: da un lato,la pressione della condotta generale, dall'altro la pressione del serbatoio ausiliario (la "riserva" d'ariache viene utilizzata in frenatura, cfr. fig.2a. Il pistone aziona una piccola valvola ("a spillo") che,attingendo aria dal serbatoio ausiliario, ne invia al cilindro a freno una quantit tale da ripristinarel'equilibrio sopraddetto.

atm

sensibilit

Fig. 2a e 2b - Schemi di principio di funzionamento di un distributore moderabile in sfrenatura (tipo Westinghouse "U"o Breda) (in basso) in raffronto ad una valvola tripla (in alto)

La valvola tripla quindi insensibile alla pressione esistente nel cilindro a freno e questo ilmotivo per cui essa non pu controllare (graduare) la sfrenatura.

L'obiettivo di ottenere un freno moderabile anche in sfrenatura fu conseguito gi nel 1892,costruendo un distributore il quale controllava anche la pressione del cilindro a freno.L'applicazione pratica di questo principio avvenne, in Italia, appena negli anni '30, conl'introduzione del freno Breda, la cui caratteristica principale - condivisa con tutti gli altridistributori moderabili in sfrenatura, fino ai pi moderni - quella di essere dotato di una cameraentro cui viene mantenuta una pressione costante durante tutte le fasi di frenatura e successiva

Fig. 2a: Valvola tripla ad azionerapida (sezione parziale)S.A.: collegamento con ilserbatoio ausiliarioC.F.: collegamento con ilcilindro a frenoC.G.: Condotta generale.V : valvola a spillo: si apre infase di frenaturaF : foro di alimentazione delserbatoio ausiliario (si scoprequando lequipaggio mobile afine corsa a sinistra, cio in fasedi carica o di sfrenatura

Fig. 2b: Distributore moderabile insfrenatura (schema puramenteindicativo: non corrisponde cio adalcuna apparecchiatura reale, mane riassume il principio)

B - Camera in cui regna la pressionedella condotta generaleC - Camera in collegamento colcilindro a freno;7-8 : Scarico all'atmosfera del c.f.(8=foro calibrato)D - Camera a pressione costanteP - Valvola di intercettazione delserbatoio di comando (=camera apressione costante)M - K - N : complesso pistoni estelo del dispositivo principale

5sfrenatura (cfr. Fig.2b). Tale pressione costituisce un valore di riferimento ed continuamentecomparata con quelle regnanti nel cilindro a freno (l'attuatore dell'azione frenante Q) e nellacondotta generale (o nel serbatoio ausiliario, che la "riserva di potenza" frenante, costituita a bordodel veicolo nella fase in cui viene "armato" il freno).Le tre pressioni vengono fatte agire su pistoni mobili tra di loro meccanicamente collegati, interni aldistributore. La risultante delle azioni provoca lo spostamento dei pistoni che, agendo suun'opportuna valvola (indicata col numero 6 nella fig. 2b), stabiliscono istante per istante unacondizione di equilibrio tra le pressioni sopra citate, tale da rendere impossibile (entro certi limiti disensibilit) il completo azzeramento della pressione nel cilindro a freno senza che nel contempo nonsia stata raggiunta nuovamente, nel serbatoio ausiliario, la pressione di regime di normalefunzionamento (5 bar).

In questo modo, l'interruzione del flusso d'aria che rialimenta la condotta (interruzione dellasfrenatura) provoca la cessazione dello scarico del cilindro a freno. L'allentamento completo deiceppi avviene solo quando il freno sia nuovamente in grado di intervenire con la potenza nominale(sempre fatto salvo un certo margine di sensibilit delle apparecchiature).

Si fa notare, incidentalmente, che l'aver posto sotto controllo la pressione del cilindro a frenoconsente di compensare automaticamente, richiamando nuova aria dal serbatoio ausiliario, le perditeche eventualmente si dovessero manifestare nello stesso cilindro a freno per scarsa tenuta delleguarnizioni o delle tubolature.

FIGURA 3: Schema dell'impianto con distributore Breda o Westinghouse tipo U .

La figura 3 (che riprende le fig. 1a e 1b) evidenzia le differenze che si riscontrano nello schemad'impianto del distributore Breda o Westinghouse tipo U rispetto alla valvola tripla: si riscontral'introduzione di un nuovo piccolo serbatoio (serbatoio di comando) in collegamento con la cameraa pressione costante e l'assenza del rubinetto di scarico del cilindro a freno.

I grafici che seguono dimostrano invece il diverso comportamento, in sfrenatura, del distributoreWestinghouse delle origini ("valvola tripla") e del distributore Breda. La didascalia mette inevidenza lo svuotamento totale del cilindro a freno a partire dal primo istante in cui la pressione incondotta generale tende a risalire. Il tempo di deflusso controllato solo facendo fuoriuscire lariaattraverso un foro calibrato, in modo da poter predefinire il tempo di azzeramento della pressionenel C.F..

6FIGURA 3: Andamento nel tempo delle pressioni in C.G., S.A. e C.F. nel caso di frenatura e sfrenatura con la valvolatripla e con distributore Breda.

La tabella che segue illustra i campi di pressione nella condotta generale entro cui utilizzabile la moderabilit in frenatura e sfrenatura negli attuali distributori. Si pu aggiungereanche che la piena efficacia dei distributori dotati delle propriet sopra illustrata si ottiene grazieall'impiego oggi quasi generalizzato dei moderni rubinetti di comando del freno, del tipo"autoregolatore". Questi sono in grado di mantenere costante un qualsiasi valore di pressione incondotta, compreso entro il campo di funzionamento normale del freno, e di individuare quindi conesattezza in ogni situazione le condizioni di funzionamento del distributore.

FRENATURA SFRENATURA

Inizio frenatura(Frenatura minima)

Fine frenatura(Frenatura massima)

Fine sfrenatura(annullam. press. C.F.)

C.G. C.F. C.G. C.F. C.G C.F.4,5 0,8 3,5 3,8 4,85(*) 0,25(*)

Rapidit:Non una delle propriet fondamentali, per essenziale per ridurre gli spazi di arresto ed

impedire linsorgere di azioni longitudinali (strappi e compressioni incontrollate) lungo ilconvoglio. La rapidit dell'intervento del freno legata a due fattori:

1. la velocit di propagazione dell'onda di depressione in condotta2. il tempo di riempimento dei cilindri a freno ed il raggiungimento in essi della massima

pressione.1 - Il primo parametro deve essere senz'altro minimizzato. L'onda di depressione si propaga

nella condotta generale ad una velocit subsonica (270 - 280 m/s) ed il suo gradiente primariamente legato al volume d'aria che viene fatto sfuggire all'atmosfera, nell'unit di tempo,attraverso il rubinetto di comando. La velocit di propagazione pu essere grandemente aumentatafacendo s che, nelle prime fasi della frenatura, non tutta l'aria debba uscire dal rubinetto dicomando, ma venga parzialmente assorbita lungo il convoglio andando a riempire alcune cameresupplementari ricavate nel corpo stesso dei distributori o addirittura venga fatta sfuggire

Pressioni in bar.(*) rispettivamente 4,8 e0,2 per distribut. Breda

7all'atmosfera ad opera di apposite valvole (dette di frenatura rapida) come avviene nei distributoripi moderni come l'Oerlikon ed il Westinghouse "Tipo WU" (da non confondersi con la "valvolatripla", indicata con W).

Freno elettropneumatico: Un ulteriore modo per accelerare l'azione frenante ricorrereall'azionamento elettrico del freno pneumatico (il cosiddetto freno elettropneumatico). Il rubinettodi comando del freno, abbinato ad un interruttore elettrico, invia ai distributori, in paralleloall'azione pneumatica ed in relazione alla posizione da esso assunta, delle correnti elettriche che,percorrendo una serie di cavi che si estendono dalla locomotiva a tutti i veicoli, giungono adispositivi attuatori (elettrovalvole di frenatura e sfrenatura) i quali comandano la frenatura e lasfrenatura agendo sui distributori o addirittura direttamente sui cilindri a freno. Il comando elettricodel freno pneumatico non possiede ovviamente il requisito dell' automaticit e pertanto anche neiconvogli in cui realizzata la frenatura elettropneumatica deve essere presente un impiantopneumatico di tipo tradizionale, il cui funzionamento legato alle variazioni di pressione incondotta generale.

Due schemi di principio di un freno elettropneumatico, diretto ed indiretto. Nel freno indiretto manca la condottaprincipale e le elettrovalvole anticipano lazione pneumatica del distributore

2 - Quanto al secondo dei due fattori che determinano la rapidit, cio lo stabilirsi nel cilindro afreno della pressione di regime in frenatura, bisogna attentamente calibrare i tempi in modo tale che,lungo il treno, non ne derivino azioni frenanti scompensate (non coordinate nel tempo enell'intensit) che provocherebbero contraccolpi con perdita di comfort e pericolo di spezzamentodegli organi di aggancio. In generale quindi si tende ad evitare assolutamente un aumento brusco edincontrollato della pressione. La famosa "valvola tripla ad azione rapida", che anticamenteequipaggiava i tender delle locomotive a vapore ed alcuni tipi di bagagliai e carrozze, ed il cui

8funzionamento consisteva nell'inviare direttamente nel cilindro a freno una quota parte di ariaprelevata dalla condotta generale, era spesso responsabile di spezzamenti degli organi di aggancio.

Dispositivo "del primo tempo" e regime Merci-Viaggatori (G/P): I moderni distributori sonoprogettati in modo che, non appena avvertita la depressionein condotta, il dispositivo di frenatura porti moltorapidamente la pressione nei cilindri a freno ad un valoreiniziale di 0,6 bar (o 0,8 bar, a seconda dei tipi), provocandocon ci il superamento degli attriti di primo distacco degliorgani meccanici che compongono la timoneria del freno edun rapido accostamento dei ceppi ai cerchioni.

Successivamente, l'afflusso dell'aria viene controllato deviandolo attraverso fori calibratidimensionati in modo che il valore massimo della frenatura (3,8 bar) si raggiunga in circa 5" per ifreni "tipo viaggiatori (P)" ed in ben 40" per i freni "tipo merci (G)".

Quest'ultimo tipo (regime merci) adatto all'impiego su convogli molto lunghi circolanti allavelocit massima di 85 Km/h. Al giorno d'oggi la frenatura "tipo merci" non trova praticamente pialcun impiego, in concomitanza con l'incremento della velocit a cui possono circolare i treni merci,con il miglioramento dell'efficienza dei distributori e dei rubinetti di comando del freno esoprattutto con il generalizzato incremento di quello che il testo del prof. Maternini definiscerapporto di frenatura cio il rapporto fra la massa del treno gravante complessivamente sugli assifrenati e la massa totale del treno: anche sui treni merci infatti generalizzata l'applicazione delleapparecchiature frenanti su tutti i veicoli. In sintesi, si pu dire che al giorno doggi anche tutti itreni merci sono equipaggiati con freno tipo viaggiatori.

Il grafico che segue dimostra, sempre per il distributore tipo Breda, l'andamento temporale dellapressione nel cilindro a freno dopo una frenatura a fondo (abbassamento repentino della pressione incondotta generale da 5 a 3,5 bar) ed una successiva sfrenatura completa (ricarica sollecita dellacondotta generale a 5 bar).

Andamento delle pressioni nel C.F. in frenatura e sfrenatura in un freno Breda tipo viaggiatori e merci.Inesauribilit, collegata con la moderabilit in sfrenaturaQuesta propriet consiste nel permettere successive frenature e sfrenature anche parziali, in

sequenza, senza che la potenza del freno venga significativamente a diminuire.Nei freni tipo Westinghouse originali (valvole triple), per quanto detto evidente che, non

appena dato inizio alla sfrenatura, il guidatore doveva obbligatoriamente e sollecitamente operare laricarica completa delle capacit del freno collocate sui veicoli (serbatoi ausiliari) prima di passarenuovamente in frenatura. Il tempo richiesto dalla ricarica era legato alla sola capacit di produzionedi aria compressa e, se esso si prolungava eccessivamente, si poteva giungere all'allentamentocompleto dei freni senza aver ricostituito pienamente le riserve d'aria compressa necessarie perriprendere la frenatura. In queste condizioni, eventuali successivi interventi di frenatura avrebberosortito un'efficacia sempre minore in quanto al cilindro a freno veniva inviata aria attinta ad unserbatoio ausiliario la cui pressione era inferiore a quella di regime. Il susseguirsi di frenature e

9sfrenature parziali portava cio il freno all'esaurimento. Da ci si pu comprendere comeinesauribilit e moderabilit in sfrenatura siano due propriet intrinsecamente inscindibili.

Nei distributori pi moderni (ad esempio, il Westinghouse "Tipo U1"), oltre ad essere realizzatoil controllo combinato della pressione della condotta e del cilindro a freno, come pi sopraaccennato, sono realizzati diversi accorgimenti aggiuntivi tesi a consentire la ricarica rapida delfreno ed allo stesso tempo garantire che la condizione di freni aperti sia sempre accompagnata dalripristino della piena capacit di intervento in frenatura.

PotenzaE la capacit di dissipare, entro un determinato tempo (o spazio) lenergia cinetica posseduta

dal convoglio. Questo parametro si definisce indicando la cosiddetta percentuale di massa frenata,data dal rapporto fra la somma delle masse frenate di tutti i veicoli in composizione e la massatotale del convoglio. La massa frenata di un veicolo pu essere definita, in fase di progetto, in basealle caratteristiche geometriche delle apparecchiature frenanti (pressione e diametro dei cilindri afreno, rendimento della trasmissione dello sforzo frenante ai ceppi od ai dischi, coefficiente dattritopreso in considerazione in base alla natura ed alle condizioni di esercizio) per, in base alle normeERRI (ex UIC) lattribuzione della massa frenata deve essere confermata da una serie di provesperimentali che hanno lo scopo di verificare gli spazi di arresto di un convoglio composto daveicoli omogenei.

La possibilit di costruire cilindri a freno di opportuno diametro e di realizzare leveraggi diazionamento dei ceppi (la cosiddetta timoneria ) con rapporti fra i bracci di leva variabili haconsentito fin dalle origini di poter realizzare sforzi frenanti Q (e quindi percentuali di massafrenata) grandi a piacere, quale che fosse la sorgente di energia utilizzata per il serraggio dei freni: laforza muscolare dell'uomo, la pressione atmosferica o l'aria compressa. I limiti che sono imposti allapotenza dei freni sono di altra natura.

Il primo quello ben noto del limite di aderenza in frenatura (cfr. l'equazione fondamentale chelega sforzo frenante con peso aderente). Specialmente per le prime apparecchiature, munite divalvole non moderabili in sfrenatura, era necessario mantenere il rapporto Q/P piuttosto basso(

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apparecchiature frenanti, naturalmente, gioca un ruolo decisivo l'attrezzaggio delle linee consistemi di ripetizione dei segnali (con pi di quattro codici captabili a bordo) e la dotazione deimezzi di trazione di apparecchiature integrate di ripetizione segnali e controllo della velocit, concurve di frenatura preimpostate nella logica di funzionamento in base alla percentuale di massafrenata realmente esistente sul treno. Ulteriori miglioramenti nelle prestazioni sono ottenuti quandolinee e rotabili siano attrezzati con i moderni sistemi di controllo della circolazione (ETCS, SCMT).Al segnalamento ed al controllo della velocit del mezzo attribuito, al giorno d'oggi, oltre altradizionale significato di trasmissione di informazioni sulla libert della via e di protezione deipunti caratteristici della linea (stazioni, sezioni di blocco), quello di indicazione e del controllo dellavelocit massima ammissibile in relazione agli spazi di frenatura disponibili ed all'efficacia delfreno.

Il valore massimo di velocit raggiungibile in assenza delle suddette apparecchiature speciali disicurezza, che viene mantenuto a 150 Km/h (la normativa in merito per in continua evoluzione),assume oggi chiaramente il significato di una limitazione di esercizio, legata allo spazio di frenatura

di 1200 1350 metri.Un ulteriore adeguamento della potenza del freno quella

che tiene conto del carico dei veicoli. La regolazione dellapotenza essenziale nel caso dei veicoli merci in cui ladifferenza fra massa a carico e tara molto sentita (lincidenzadella tara sulla massa totale di un carro a 4 assi pu andare dal 20al 40 % a seconda della specializzazione del carro).Per talemotivo, questi carri possono essere muniti del cosiddettodispositivo vuoto-carico azionabile manualmente (schema afronte) che agisce modificando, meccanicamente opneumaticamente, la massa frenata del veicolo. Per i carri

destinati ai trasporti veloci (120 km/h o pi), invece prevista la realizzazione delladeguamentoautomatico della massa frenata alla massa reale. Si realizza cio la cosiddetta frenatura del caricoo freno autocontinuo che, con lausilio di sensori di carico a cui sono asserviti dispositivi meccanicio pneumatici (regolatori di pressione), adeguano costantemente la potenza del freno al peso lordodel veicolo.

Frenatura elettrica - Realizzazione: La frenatura elettrica consiste nell'utilizzazionedella locomotiva come freno, invertendo la funzione dei motori e facendoli agire come generatori.La potenza meccanica, trasformata in potenza elettrica, pu essere in qualche caso rinviata in rete(sistemi a corrente alternata monofase o trifase o sistemi a corrente continua con sottostazioni dialimentazione reversibili dotate di convertitori statici "a quattro quadranti"), ma nella maggioranzadei casi viene dissipata a bordo della locomotiva, alimentando delle opportune resistenze elettriche(reostati di frenatura) che cedono all'atmosfera il calore prodotto per effetto Joule.

La frenatura elettrica con ricupero di energia su locomotive dotate dai motori a collettore fusperimentata ed impiegata sulla rete italiana a corrente continua fin dai primordi e fino agli anni '40.Concettualmente di semplice realizzazione: il circuito di trazione viene diviso in due rami, l'unocomprendente tutti gli avvolgimenti di campo, che vengono alimentati da una sorgente a bassatensione (generatore ausiliario) e l'altro comprendente i circuiti di armatura (spazzole e collettoridegli indotti), da cui si preleva una corrente che viene rinviata in linea. Si realizza cio una dinamodel tipo a eccitazione indipendente che, con opportuna regolazione poco dissipativa, si pone inparallelo alla sottostazione di alimentazione.

Il sistema a ricupero di energia in corrente continua, essendo le sottostazioni normalmente nonreversibili (non in grado cio di trasferire lenergia dalla linea di contatto alla rete di alimentazioneesterna) present sempre notevoli problemi tecnici e di esercizio, come le sovratensioni in linea e lepossibili folgorazioni per deficienza di isolamento. Esso venne ben presto abbandonato, perlomenoin Italia. Sulle locomotive tradizionali non ebbe neppure una grande diffusione il sistema difrenatura elettrica dissipativa, perlomeno finch la tecnica rimase vincolata ai sistemi di regolazionedi velocit/potenza, tutti di tipo elettromeccanico e strettamente legati al sistema di alimentazionedella linea di contatto.

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Con i mezzi di trazione moderni, ormai tutti realizzati con azionamento a controllo elettronicoche consente di svincolare l'alimentazione ed il controllo dei motori dal sistema di elettrificazione,si assiste alla introduzione sistematica della frenatura elettrica dissipativa (ad es. locomotive deigruppi 652 con motori a collettore a corrente continua).Non sono richieste sostanziali modifichecircuitali, essendo gi in origine divisi ed alimentati indipendentemente i circuiti degli avvolgimentidi campo e degli indotti dei motori. Non esistendo per in tali locomotive il reostato di avviamento, necessario per montare un apposito reostato di frenatura, su cui va dissipata la potenzasviluppata. Per tali mezzi pu essere tracciata una caratteristica meccanica di frenatura, che

rappresenta il campo dipossibile funzionamento epermette di valutare lapotenza del freno elettricoalle varie velocit. Nellelocomotive dotate di motoriasincroni trifasi (dalla E 402in poi), e quindi conregolazione realizzatatramite inverter a quattroquadranti, possibilerealizzare sia la frenaturadissipativa (utilizzando ilpredetto reostato difrenatura) sia la frenatura aricupero quando si operisotto una linea a correntealternata. La linea elettricafornisce la potenza reattiva(di magnetizzazione),imprime la frequenza

costante ed in grado di assorbire la potenza attiva generata dai motori asincroni. Si riporta qui difianco un esempio della caratteristica di una locomotiva di tale tipo, idonea a circolare sulla rete a 3KV cc e 15 KV 16,7 Hz. (gruppo 412 FS, impiegato sulla linea del Brennero con possibilit dioperare anche sulla rete austriaca).