Studio del comportamento ad usura e a fatica da contatto

degli acciai impiegati nel contatto tra ruota e rotaia ferroviaria

L’aumento del traffico ferroviario, sia passeggeri che merci, le sempre più alte velocità dei treni, oltre che i crescenti carichi per asse, pongono impegnativi problemi ai produttori di sale montate e di rotaie, connessi alla necessità di adeguare le caratteristiche del materiale utilizzato alle sollecitazioni presenti in esercizio. Al fine di dare un’adeguata soluzione a tali problematiche, risulta essenziale una conoscenza approfondita delle proprietà meccaniche richieste ai componenti e dei fenomeni che si verificano all’interfaccia ruota-rotaia.

Partendo dalla valutazione dello stato di sforzo superficiale e subsuperficiale nel contatto ruota-rotaia di un’assegnata sala ferroviaria, in conseguenza della dinamica di marcia dell’intero rotabile, l’obiettivo della ricerca è quello di studiare il danneggiamento per usura e per fatica da contatto con rotolamento presente sia su ruote che su rotaie ferroviarie. Una possibilità per studiare tale problema è quella di condurre delle prove in esercizio. I risultati ottenuti, se valutati ed interpretati in modo corretto, possono, infatti, aiutare a comprendere meglio i complessi meccanismi di danneggiamento del sistema ruota-rotaia. Tuttavia, questi studi sono molto costosi e necessitano di tempi molto lunghi. Inoltre, spesso non si ha una conoscenza accurata dei parametri di prova, a causa dell’influenza delle condizioni ambientali. La necessità di prove di laboratorio più rapide e meno costose ha condotto alla messa a punto di prove di laboratorio su piccola scala, che possono riprodurre le stesse caratteristiche dell’usura e della fatica da contatto con rotolamento presenti su ruote e rotaie.

Per produrre le condizioni di rotolamento con strisciamento vengono da anni utilizzate macchine costituite essenzialmente da due provini controrotanti, ad uno dei quali è applicato un carico costante normale rispetto al piano di contatto. Nell’ambito della presente ricerca, si sono eseguite prove di contatto ciclico su campioni ricavati da ruote e rotaie ferroviarie, utilizzando il banco prova a disposizione presso il laboratorio di Contatto Ciclico (DIMI), in diverse condizioni di prova (contatto a secco, lubrificato con acqua, misto e in presenza di agenti contaminanti come la sabbia; diverso rapporto slittamento/rotolamento) per simulare diversi ambienti e condizioni climatiche. I risultati sono stati confrontati con i dati presenti in letteratura.

Si è inoltre effettuato lo studio, al microscopio ottico e al microscopio elettronico a scansione, dei campioni a fine prova al fine di individuare i meccanismi di danneggiamento e di correlarli alle condizioni di prova. Infine, sono state condotte ricerche teoriche e numeriche su modelli e metodi per valutare la fatica da contatto.

L’interesse verso questa tematica coinvolge diversi gruppi di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Meccanica ed Industriale dell’Università degli Studi di Brescia, oltre al principale gruppo industriale italiano che produce tali manufatti.

Coordinatori dell’iniziativa: Prof. Michela Faccoli, Prof. Angelo Mazzù – SSD ING-IND/21, ING-IND/14, DIMI

Partner: Lucchini RS

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