Ferroviae del Patrimonio
Dal vapore alla velocità — e oltre.
Per quasi due secoli, i trasporti ferroviari hanno trasformato le distanze.,
industria e società. Rail Heritage segue le macchine,
decisioni ingegneristiche e sistemi energetici che portavano il treno dalla
La potenza a vapore per i treni elettrici ad alta velocità — e verso i nuovi veicoli ibridi
concetti per il futuro.
Un futuro ad alta velocità
Le macchine sono cambiate. Il problema ingegneristico è cambiato con loro.
La storia ferroviaria non è semplicemente una successione di treni più veloci.
Ogni generazione ha risolto una combinazione diversa di potenza, capacità e,
sicurezza, energia, comfort e infrastrutture.
La Rivoluzione di Steam
La trazione a vapore trasformò la ferrovia da un mezzo industriale a un mezzo commerciale.
un esperimento su un sistema di trasporto in grado di trasportare persone
e la consegna di merci su lunghe distanze.
Pistoncini
Raccordi
Trazione meccanica
L'elettricità entra nelle ferrovie
La trazione elettrica ha introdotto un elevato momento di avviamento e una maggiore pulizia.
l'operatività urbana e una nuova relazione tra il treno e
l'infrastruttura energetica circostante.
Fornitura aereo
Terza rotaia
Rete urbane
Riformulazione e il diesel
La trazione diesel e i treni aerodinamici riducono le emissioni
la dipendenza dal vapore e dimostrò che le prestazioni ferroviarie erano
sempre più un problema di sistema che coinvolge peso, attrito,
Freno e potenza.
Aerodinamica
Corpi leggeri
Shinkansen — Velocità elevata come sistema
Il Tokaido Shinkansen ha dimostrato che i treni ad alta velocità sono possibili
necessitava di più che un veicolo veloce: infrastrutture dedicate,
unità multiple elettriche, segnalazione, operazioni disciplinate
e un'ingegneria della sicurezza continua.
Trazione distribuita
Sistemi di segnalazione avanzati
Rete ferroviaria ad alta velocità europea
TGV e le generazioni successive — tra cui ICE, AVE
e Frecciarossa — combinazione di trazione elettrica ad alta potenza,
aerodinamica, carrozzerie avanzate, freni e sistemi dedicati
infrastruttura ad alta velocità.
ICE
AVE
Frecciarossa
Il treno digitale
Elettronica di controllo, segnalazione digitale, predittiva
diagnostica, frenata rigenerativa e manutenzione connessa
il treno è sempre più trasformato in un sistema di monitoraggio energetico e dati
sistema.
Diagnosi
Regenerazione
Dati
Tre generazioni di trazione. Tre percorsi energetici molto diversi.
Le ruote possono ancora funzionare su rotaie in acciaio, ma il modo in cui l'energia viene trasmessa
Quelli i motori sono cambiati radicalmente da quelli a vapore a quelli diesel-elettrici e
Trazione elettrica moderna.
Il calore diventa movimento
Caldaia→
Steam→
Cilindro→
Piston→
Ruota di guida
La combustione riscalda l'acqua nel boiler. La pressione del vapore agisce
Piston all'interno dei cilindri. Le aste di accoppiamento trasformano il movimento dei pistoni.’
il movimento alternante diventa rotazione delle ruote motrici.
Caldaia: conserva l'acqua e il vapore sotto pressione.
Serbatoi: trasformare la pressione del vapore in una forza lineare.
Raccordi per la connessione: trasmettono la forza alle ruote.
Una centrale elettrica su ruote
Generatore→
Elettronica di potenza→
Motori a trazione→
Asse
In una locomotiva diesel-elettrica, di solito è il motore diesel a fare la
non far ruotare meccanicamente le ruote. Il motore funziona tramite un generatore o
Alternatore; l'elettricità alimenta poi i motori di trazione sulle asse.
Alternatore: genera energia elettrica.
Motori di trazione: fornisce il torque dell'asse.
Sistema di controllo: gestisce l’aderenza e la potenza.
Il treno fa parte di una rete elettrica
Substazione→
Linea di contatto→
Pantografo→
Trasformatore/convertitore→
Motori a trazione
Molti treni elettrici moderni — tra cui i treni ad alta velocità —
continua a raccogliere corrente da una linea di contatto aerea utilizzando un
Pantografo. Il pantografo non è un gancio rigido: la sua striscia di contatto
slittamenti contro il filo di contatto con una forza ascendente controllata
Mantiene il contatto elettrico mentre il treno si muove.
Pantografo: fornisce un contatto elettrico scorrevole controllato.
Circuito principale: La protezione, il trasformatore e l'elettronica di potenza regolano la potenza di alimentazione.
Trasmissione distribuita: I motori possono essere disposti su diversi carrelli trainanti lungo il convoglio ferroviario.
Dalla centrale elettrica alle ruote.
Un treno elettrico non è una macchina isolata. È una singola parte in movimento.
di un sistema elettrico più grande che collega la generazione, la trasmissione,
le sottostazioni di trazione, la linea di contatto, l’alta tensione del treno
attrezzatura, motori di trazione e il circuito di ritorno attraverso la ferrovia.
Generazione di energia
Energia idroelettrica, energia elettrica della rete e altre fonti di generazione.
Rete elettrica ferroviaria
Trasmissione e, se necessario, conversione di frequenza.
Substazione di trazione
Trasforma e comanda l'alimentazione del sistema di contatto ferroviario.
Linea di contatto aereo
Il catenaccio e il filo di contatto trasportano la potenza elettrica sopra il treno.
Pantografo
Un contatto scorrevole controllato trasferisce la corrente dal cavo al treno.
Attrezzatura ad alta tensione
Il principale interruttore di protezione, il trasformatore e i convertitori proteggono e regolano la corrente di alimentazione.
Motori a trazione
L'elettronica di potenza controlla il carico del motore sui carrelli trainati.
Ruote e binari
Il momento di coppia raggiunge le ruote; il circuito elettrico viene completato tramite il sistema di ritorno della ferrovia.
Cosa fa esattamente il pantografo?
Il pantografo è un circuito elettrico controllato tramite molla o pneumatico.
collettore montato sul tetto. La sua striscia di contatto in carbonio pressa
verso l’alto rispetto al cavo di contatto sopraelevato. Il contatto deve rimanere
stabile mentre sia il treno che il cavo si muovono dinamicamente, soprattutto durante
elevata velocità.
Pertanto non si tratta di un collegamento meccanico al filo. Si tratta di
interfaccia elettrica in continuo scorrimento progettata per mantenere
forza di contatto pur limitando l’usura, gli archi e il rumore aerodinamico.
Dove passa il corrente dentro il treno?
Dal pantografo la corrente elettrica ad alta tensione passa attraverso
apparecchiature di commutazione di protezione. Sui treni AC raggiunge normalmente
un trasformatore; i convertitori di potenza e gli inverter producono poi la
fornitura elettrica controllata richiesta dai motori di trazione.
Su moderne unità multiple l'attrezzatura di trazione può essere distribuita in modo flessibile.
tra diversi veicoli. Un treno potrebbe quindi non avere un unico
unità motrice convenzionale anche se solo una o più selezionate
I veicoli sono dotati di pantografi elevati.
Come viene completato il circuito?
L'energia elettrica deve tornare alla sua fonte. In un sistema convenzionale
Nella ferrovia elettrificata, il percorso di ritorno della trazione utilizza normalmente la
ruote e binari, insieme al collegamento tramite colla, tornano alla normalità
i conduttori e il sistema di messa a terra ferroviario, tornando verso il
substazione.
I binari quindi hanno sia una funzione meccanica — quella di guida — che una funzione
il supporto del treno — e un ruolo elettrico nella trazione
Circuito di ritorno.
Una ferrovia dotata di un proprio sistema di trazione
Le Ferrovie federali svizzere utilizzano la corrente di trazione a 16,7 Hz. Energia elettrica
Può provenire dalla produzione idroelettrica della SBB o dal pubblico 50 Hz
rete; i convertitori di frequenza trasformano l'energia elettrica a 50 Hz in
corrente di trazione ferroviaria prima che venga fornita alla ferrovia
alla rete e, in definitiva, alla linea di contatto da 15 kV.
→
Conversione di generazione/frequenza
→
Rete di trazione SBB
→
Substazione
→
Linea di contatto a 15 kV e 16,7 Hz
→
Pantografo
→
Treno
Catena + pantografo
La configurazione dominante sulle linee ferroviarie principali e sulle linee ad alta velocità elettriche
ferrovie. Il cavo di contatto è sospeso sopra la linea ferroviaria e
Il pantografo mantiene un contatto scorrevole mentre il treno si muove.
Rampa conduttiva + soletta collettore
Alcuni sistemi urbani e regionali posizionano una guida ferroviaria accanto al
corrono i binari. Una calza per raccogliere metallo sul treno scorre lungo
questo binario conduttore invece di utilizzare un pantografo a tetto.
Batteria, idrogeno o bi-modalità
Alcuni treni moderni possono scappare da un circuito elettrico continuo.
La linea. L'energia può provenire da batterie, celle a combustibile o da un sistema integrato
motore. Un treno a due modalità o elettrico a batteria può comunque utilizzare
il pantografo quando raggiunge una sezione elettrificata.
Durante la frenata, il percorso dell’energia può invertirsi.
I motori di trazione possono funzionare anche come generatori. Invece di convertire
tutte le energie cinetiche vengono convertite in calore tramite i freni di attrito, compatibili
I treni elettrici possono inviare parte dell’energia elettrica recuperata
tornando attraverso i convertitori, l'attrezzatura ad alta tensione e il pantografo
in una rete elettrica reattiva.
→
Motore/generatore
→
Convertitore
→
Pantografo
→
Linea di contatto/grid
A 300–400 km/h la sfida non è solo quella di “toccare il filo”.
Il pantografo e la linea aerea formano un sistema dinamico collegato. Contatto
La forza, la tensione del filo, l’elevazione, l’aerodinamica, le vibrazioni e l’usura devono essere tutti
restare entro limiti controllati. Questo è il motivo per cui i cavi ad alta velocità
I sistemi di contatto e i pantografi sono progettati insieme.
Un vagone ferroviario è una struttura che ruota su due sistemi di guida precisi.
Il passeggero vede i sedili, le porte e le finestre. Sotto, il veicolo
dipende dai carrelli, dai gruppi ruota, dalla sospensione, dall’equipaggiamento frenante e
interfacce ben controllate con la pista.
Body della vettura / carbody
Bogie
Bogie
Carica passeggeri o merci e trasporta longitudinalmente,
carichi verticali e laterali sull'attrezzo di traino.
Supporta e guida il veicolo. È composto da ruote e pneumatici.,
frizione, freni e — sui veicoli a motore — spesso trazione
motori o componenti di azionamento.
Due ruote ferroviarie fissate su un asse comune. Profilo della ruota,
La sospensione e la geometria della pista lavorano insieme per guidare il treno.
La sospensione primaria agisce intorno alle scatole delle sospensioni; la seconda
la sospensione isola il corpo della vettura e migliora il comfort e
stabilità.
Il giunto è più che un semplice collegamento tra due pezzi di metallo.
Una linea ferroviaria deve trasferire forze di trazione e compressione.
A seconda del sistema, può anche collegare l’aria frenata e quella principale.
aria di riserva, energia elettrica e dati.
Connessione meccanica
Carica le forze di trazione durante il sollevamento e le forze di compressione durante la
Frenatura o spinta. Le antivegetazioni più comunemente utilizzate nella tradizione europea più antica
Insieme a un attacco a vite e a cricchetto.
Connessione pneumatica
Le compagnie aeree collegano i veicoli in modo che il comando del freno possa essere trasmesso.
tramite il treno e, in molti modelli, forniscono altre funzioni pneumatiche
funzioni.
Connessione elettrica
I cavi moderni possono collegare i circuiti di comando e i sistemi per i passeggeri.
e i collegamenti dati ad alta velocità si attivano automaticamente quando si accoppiano due carrozze ferroviarie.
Gestione dell'energia in caso di incidente
I collettori moderni possono includere ammortizzatori e elementi di deformazione
progettato per assorbire parte dell’energia durante gli scontri.
Interruttore + gancio + attacco a vite
Connessione meccanica separata e tubazioni aria/elettriche.
Accoppiatore multifunzione automatico
Connessione meccanica + pneumatica + elettrica/informatiche in un unico sistema.
Accoppiamento automatico digitale
Accoppiamento dei carichi con backbone di comunicazione elettrica e digitale.
La locomotiva non può frenare in sicurezza un treno intero da sola.
Il frenaggio ferroviario è distribuito lungo la composizione. Su veicoli convenzionali
treni trainati da locomotive; le variazioni di pressione nel tubo dei freni sono
interpretato dalle valvole presenti su ciascun veicolo, che controllano la pressione
invio ai cilindri dei freni.
Comando del conducente
Richiesta di frenata
→
Controllo freni
Logica pneumatica/elettronica
→
Ogni veicolo
Valvole + cilindri freni
→
Ruota / disco / motore
Flessione frenante
Frizione di frenatura
Le pastiglie dei freni agiscono sui dischi, mentre i bloccanti freni agiscono sui tasselli delle ruote.,
la conversione dell'energia cinetica principalmente in calore.
Freno elettrodinamico
I motori a trazione funzionano come generatori. L'energia elettrica generata
L'energia può essere dissipata o restituita al sistema di alimentazione elettrica.
Blending freni
I sistemi di controllo moderni coordinano più metodi di frenatura in modo da
La richiesta di frenata viene distribuita ottimamente tra i sistemi disponibili.
Gestione dell'adesione
La protezione contro gli scivolamenti delle ruote e, ove necessario, la levigatura contribuiscono a gestire il problema.
la limitata aderenza disponibile tra la ruota in acciaio e la rotaia in acciaio.
Cosa rende possibile un treno moderno?
Trazione
Dall'elettricità a vapore alla trasmissione diesel-elettrica e all'avanguardia
azionamenti elettrici, la trazione converte l'energia disponibile in energia controllata
trazione alle ruote.
Interfaccia ruota-rullo
Un contatto acciaio-acciaio altamente efficiente che definisce anche
aderenza, frenata, comportamento in curva, usura e infrastrutture
Geometria.
Aerodinamica
A velocità elevate, attrito, onde di pressione, gallerie, venti frontali e
Le prestazioni acustiche diventano i principali vincoli ingegneristici.
Freni e sospensioni
Stabilità durante la guida, comfort per i passeggeri e guida sicura ad alta velocità
Dipendono dalla sofisticata progettazione della sospensione e del gruppo ruota.
Frenatura e recupero di energia
I treni moderni combinano attrito, elettrodinamica e rigenerazione.
il frenaggio per controllare la velocità e recuperare una parte della energia cinetica del treno
energia.
Segnaletica e sicurezza
I treni ad alta capacità dipendono sempre più da treni in servizio continuo
supervisione, segnalazione digitale e infrastruttura coordinata
controllo.
La velocità non è mai stata solo una questione di velocità.
Il successo del treno ad alta velocità è derivato dall'integrazione tra veicolo e infrastruttura.,
strada, alimentazione elettrica, segnalazione, manutenzione e disciplina operativa.
Shinkansen
Infrastruttura ad alta velocità e treni elettrici multimodali
L'operazione ha stabilito un nuovo modello per il trasporto ferroviario interurbano.
TGV
Trazione elettrica ad alta potenza, linee ad alta velocità specializzate e
I treni aerodinamici hanno trasformato il trasporto interurbano in Europa.
Espansione della rete
ICE, AVE, Frecciarossa e altri sistemi hanno ampliato la rete ferroviaria ad alta velocità
tra corridoi nazionali e internazionali.
Efficienza + Capacità
La sfida consiste sempre più nel coniugare velocità e energia
efficienza, capacità, affidabilità, interoperabilità e ciclo di vita
costo.
Dettagli che cambiano il modo in cui si guarda un treno.
Un treno non si guida come una macchina.
I carrelli sono guidati dai binari e dalla geometria della
I profili dei cerchi, mentre i carrelli consentono ai veicoli lunghi di transitare
le curve rimangono stabili alla velocità.
L'adesione bassa è sia un vantaggio che una sfida.
Le ruote in acciaio montate su rotaie in acciaio garantiscono una resistenza al rotolamento molto bassa —
una delle ragioni per cui il trasporto ferroviario è efficiente — ma anche la trazione e il frenaggio disponibili
La forza è inoltre limitata dall'aderenza.
Il TGV ha raggiunto i 380 km/h prima dell'inizio del servizio regolare.
Il 26 febbraio 1981, il TGV Sud-Est numero 16 raggiunse i 380 km/h.
Gli archivi della SNCF riportano che l'operazione commerciale era poi prevista presso
270 km/h.
Il Shinkansen ha cambiato la geografia utilizzabile di una giornata lavorativa.
La JR Central registra un tempo di percorrenza di quattro ore tra Tokyo e Shin-Osaka.
Il Tokaido Shinkansen è stato inaugurato nel 1964; il tempo di percorrenza minimo è di
ora 2 h 21 min.
Un attacco può trasferire molto più forza di trazione.
I moderni accoppiatori automatici possono combinare il collegamento meccanico,
connessioni a aria compressa, circuiti elettrici e digitali
Comunicazione.
I bogie moderni sono macchine specializzate.
I diversi carrelli sono ottimizzati per i metropolitani, i treni regionali,
autobus, locomotive e treni ad alta velocità. Siemens elenca i progetti
per applicazioni ad alta velocità fino a 360 km/h.
Non tutte le ferrovie necessitano della stessa soluzione energetica.
Rete ferroviarie ad alta velocità completamente elettrificate e reti regionali non elettrificate
Le rotte risolvono diversi problemi. Il futuro del trasporto ferroviario probabilmente utilizzerà
diversi percorsi energetici anziché una tecnologia universale.
Elevatore elettrico
La soluzione di riferimento per applicazioni intensive ad alta velocità e capacità elevate
operazioni.
- Potenza esterna continua
- Elevata potenza di trazione
- Freno rigenerativo
- Intensiva per quanto riguarda le infrastrutture
Elettrica a batteria
Particolarmente interessante dove i treni possono ricaricarsi in base alle attuali condizioni.
l’elettrificazione e la riduzione delle sezioni non elettrificate.
- Trazione a zero emissioni locale
- Funzionamento ibrido tra catenaria e batteria
- Riduzione della dipendenza dal diesel
- Limitazioni di portata e massa della batteria
Idrogeno + Cellula a combustibile
L'idrogeno offre un'altra possibilità per le rotte regionali dove la mobilità completa è possibile.
L'elettrificazione può essere difficile o economicamente poco conveniente.
- Conservazione dell'idrogeno
- Energia elettrica a celle a combustibile
- Hybridizzazione della batteria
- Infrastruttura energetica di stoccaggio
Al di là del treno: ripensare il sistema energetico.
La prossima evoluzione dei treni potrebbe dipendere non solo dal mezzo stesso,
ma su come l'energia viene prodotta, recuperata, immagazzinata e distribuita
intorno alla ferrovia.
HPRS Rail esplora un percorso di ricerca integrato che collega
produzione di idrogeno, trazione, batterie, recupero termico,
energia elettrica rinnovabile e infrastrutture di stoccaggio.
Ricerca su percorsi alternativi per la produzione di idrogeno.
La conversione dell'idrogeno immagazzinato in energia elettrica utilizzabile per la trazione.
Bufferaggio della potenza, supporto all’accelerazione e recupero dell’energia in modo rigenerativo.
Esplorazione dell’integrazione termica utile nel sistema produttivo.
La produzione di energia fotovoltaica diventa parte integrante del bilancio energetico del deposito e dell’idrogeno.
Missione → Richiesta di H₂ → Deposito → Vagon → Operazione → Diagnosi.
Andare oltre: fonti tecniche e storiche.
Rail Heritage è concepito come un punto di partenza. Questi documenti ufficiali e
Le fonti industriali forniscono approfondimenti tecnici, storici e relativi alle norme
documentazione per ulteriori ricerche.
STANDARDI / RICERCA
UIC — Unione Internazionale delle Ferrovie
Norme tecniche, ricerca ferroviaria, frenata, accoppiamento e interoperabilità.
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ACCINGIMENTO
UIC — Condizioni tecniche per i collegamenti automatici
Compatibilità e condizioni tecniche per i contrappesi ferroviari automatici.
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SISTEMI DI ACCINGIMENTO
Dellner — Collegamenti automatici
Tecnologie di accoppiamento meccanico, pneumatico ed elettrico per i treni moderni.
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FRENATA
Knorr-Bremse — Sistemi di controllo dei freni
Blendaggio dei freni, controllo pneumatico, frenata a frizione e frenata elettrodinamica.
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BOGIES
Siemens Mobility — Tecnologia per i carrelli
Gruppi di carrozzeria per metropolitane, treni regionali, vagoni-guida, locomotive e treni ad alta velocità.
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Storia del TGV
Archivio SNCF — Operazione TGV 100
Materiale storico primario relativo al record di 380 km/h del TGV Sud-Est del 1981.
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Storia di Shinkansen
JR Central — Storia del Tokaido Shinkansen
Cronologia dal lancio nel 1964 ai tempi attuali e all’era del N700S.
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HERITAGE
Museo Nazionale della Ferrovia
Locomotori storici, patrimonio ingegneristico e materiale didattico.
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POTERE DI TRACCIAMENTO · SVIZZERA
SBB / FFS — Corrente di trazione
Descrizione ufficiale del sistema di trazione ferroviaria svizzero a 16,7 Hz.
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CONVERSIONE DELLA FREQUENZA
SBB / FFS — Convertitori di frequenza
Come l'energia elettrica della rete pubblica a 50 Hz viene convertita in corrente di trazione a 16,7 Hz.
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TERZA FERRAIA
Network Rail — Come funziona la terza ferrovia
Scarpe per i collezionisti, binari per i conducenti, sottostazioni e frenata rigenerativa nei sistemi a terza rotaia.
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OCL ad alta velocità
UIC — Interazione tra pantografo e linea elettrica
Requisiti per un'interazione affidabile ad alta velocità superiore ai 200 km/h.
Open source →
Le sezioni storiche e tecniche descrivono la ferrovia esistente
principi e tecnologie documentate. La sezione HPRS è presentata
individualmente come percorso di ricerca e simulazione, non come percorso validato
sistema ferroviario commerciale.
La storia ferroviaria continua.
La ferrovia del futuro probabilmente non nascerà da una sola cosa.
un’invenzione. Nascerà dall’integrazione della mobilità,
Infrastruttura, energia e controllo digitale.
Energia meccanica
Combustione mobile
Potenza esterna
Sistema integrato
Dati + controllo
Treno + deposito + rete
Il patrimonio ferroviario non riguarda solo la conservazione del passato.
Ogni generazione di tecnologia ferroviaria ha risolto una diversa sfida:
potenza, velocità, sicurezza, capacità, efficienza o emissioni. Il prossimo
Il capitolo potrebbe richiedere qualcosa di più ampio — integrare il treno,
il deposito e il sistema energetico in un unico problema ingegneristico.
