Parti di un treno e di una ferrovia: nomi, funzioni e parti di fusione

Come si chiamano le parti di un treno? La risposta rapida

Un treno è composto da due grandi categorie di parti: componenti del materiale rotabile (il veicolo stesso) e parti dell'infrastruttura ferroviaria (il sistema a binario fisso su cui gira). Il materiale rotabile comprende la locomotiva, i carrelli, le sale montate, gli accoppiatori, i sistemi frenanti e le strutture della carrozzeria. L'infrastruttura ferroviaria comprende rotaie, traversine (traversine), elementi di fissaggio, scambi e zavorra. Molte delle parti strutturalmente più critiche in entrambe le categorie, compresi i telai dei carrelli, i centri delle ruote, i ceppi dei freni e gli ancoraggi delle rotaie, sono prodotti attraverso processi di fusione dei metalli utilizzando ferro, acciaio o leghe di alluminio.

Il mercato globale delle attrezzature ferroviarie è stato valutato sopra 180 miliardi di dollari nel 2023 , che riflette l’enorme volume e la complessità dei componenti necessari per costruire e mantenere le reti ferroviarie in tutto il mondo. Comprendere il nome di ciascuna parte e le sue funzioni è essenziale per l'approvvigionamento, l'ingegneria della manutenzione e la pianificazione della produzione.

Parti principali di un treno: locomotiva e materiale rotabile

La locomotiva è l'unità motrice che traina o spinge il treno. Che siano diesel, elettriche o ibride, tutte le locomotive condividono una serie di componenti strutturali e meccanici fondamentali.

Carrozzeria (Carrozzeria)

La carrozzeria è l'involucro strutturale esterno della locomotiva o del vagone passeggeri/merci. In genere è fabbricato da acciaio ad alta resistenza o lega di alluminio e deve resistere a forze di compressione longitudinali fino a 3.500 kN (787.000 lbf) nelle applicazioni per carichi pesanti. La carrozzeria ospita tutti i sistemi interni - equipaggiamento di trazione, alloggi passeggeri o spazio di carico - ed è montata direttamente sui telai del carrello.

Carrello (camion)

Il carrello – chiamato “camion” in Nord America – è il gruppo del telaio con ruote che si trova sotto ciascuna estremità di un vagone ferroviario. Trasporta la carrozzeria dell'auto, guida il veicolo lungo la pista e assorbe gli urti attraverso il suo sistema di sospensioni. Un carrello standard contiene:

• Telaio del carrello — il getto o la fabbricazione strutturale principale, tipicamente a forma di H in vista in pianta
• Sospensione primaria — molle elicoidali o cuscinetti in gomma tra le boccole delle sale montate e il telaio del carrello
• Sospensione secondaria — molle ad aria o molle elicoidali tra il telaio del carrello e la carrozzeria
• Scatole per assi (scatole per giornali) — alloggiamenti in fusione che sostengono i cuscinetti delle ruote e trasferiscono il carico dall'asse al telaio
• Attrezzatura freno — cilindri dei freni, attrezzature dei freni e ceppi o dischi dei freni

La maggior parte dei treni passeggeri utilizza due carrelli per carrozza; i vagoni merci pesanti possono utilizzarne tre o più sotto vagoni extra lunghi. I telai dei carrelli per le applicazioni di trasporto merci sono spesso prodotti da fusione di acciaio per movimentare carichi statici superiori a 25 tonnellate per asse.

Set di ruote

Una sala montata è composta da due ruote premute su un asse comune. Le ruote sono design monoblocco (solido) o con pneumatico al centro , con un profilo del battistrada affusolato che fornisce l'autosterzata passiva mentre il treno affronta le curve. Lo scartamento ferroviario standard nella maggior parte del mondo lo è 1.435 mm (4 piedi 8½ pollici) e le dimensioni delle sale devono essere conformi esattamente a questa sagoma per evitare il deragliamento. Le ruote dei vagoni merci sono generalmente realizzate in acciaio di Classe C o Classe D secondo le specifiche AAR e devono resistere a ripetuti cicli termici dovuti alla frenata: le temperature della superficie possono superare 500°C (930°F) durante le frenate brusche.

Accoppiatore (Accoppiamento)

Gli accoppiatori collegano i singoli vagoni in un treno. I due modelli di accoppiatori dominanti a livello globale sono:

• Accoppiatore a snodo AAR - utilizzato in tutto il Nord America; fuso da acciaio altolegato; classificato per gestire forze di potenziamento (compressione) fino a 4.448 kN (1.000.000 lbf)
• Accoppiatore a vite UIC con respingenti — utilizzato in Europa; è costituito da una maglia centrale catena/vite e da due respingenti laterali; meno efficiente per treni molto pesanti ma consente l'accoppiamento di flotte miste

I corpi degli accoppiatori, le nocche e i gioghi sono quasi universalmente prodotti da fusione di acciaio a causa della complessa geometria tridimensionale e degli estremi carichi di impatto e trazione che devono sopportare.

Componenteei del sistema frenante

I sistemi di frenatura ferroviaria utilizzano diverse parti denominate chiave:

• Cilindro del freno — attuatore pneumatico che converte la pressione dell'aria in forza meccanica
• Blocco freno (ganascia freno) — elemento di frizione premuto contro il rivestimento della ruota; i blocchi di ghisa sono ancora ampiamente utilizzati nel trasporto merci grazie alle loro proprietà autopulenti della grana
• Disco e pinza freno — utilizzato sui treni passeggeri ad alta velocità; i dischi sono montati sull'asse o sulla ruota e bloccati da pinze in ghisa o alluminio
• Tripla valvola/valvola distributore — dispositivo di controllo pneumatico che gestisce l'applicazione e il rilascio del freno in risposta alle variazioni di pressione della linea ferroviaria

Parti di binari ferroviari: componenti dell'infrastruttura e loro nomi

Il sistema di binari è l'infrastruttura fissa che guida e supporta il treno. Ciascun componente ha un nome e una funzione specifici all'interno del sistema di binari permanenti (P-way).

Ferrovia

La rotaia è la barra d'acciaio su cui scorrono le ruote. Ha tre sezioni: l testa (la superficie di corsa), il web (il connettore verticale) e il piede (flangia di base) che siede sul dormiente. Le moderne rotaie per trasporto pesante pesano 60–77 kg al metro (profilo UIC 60 o 136 RE) e sono laminati in acciaio al manganese ad alto tenore di carbonio. Le lunghezze delle rotaie sono aumentate notevolmente: la rotaia saldata continua (CWR) elimina i giunti tradizionali, riducendo la manutenzione dei binari fino al 40% rispetto al binario snodato.

Dormiente (cravatta ferroviaria / cravatta incrociata)

Le traversine sono gli elementi trasversali che mantengono le due rotaie allo scartamento corretto. Distribuiscono il carico dalla rotaia al letto di zavorra sottostante. I materiali della traversina includono:

• Calcestruzzo (precompresso) — dominante nella pista moderna; durata di servizio di 40-50 anni; più pesanti (250–350 kg ciascuno) ma altamente stabili
• Legname di legno duro — materiale tradizionale; ancora utilizzato negli scambi e nelle curve; durata di servizio 20-30 anni
• Acciaio — utilizzato in alcune ferrovie industriali pesanti; resistente al fuoco e alle termiti
• Composito/plastica — formulazioni di plastica riciclata sempre più adottate; proprietà simili al legno con una maggiore durata

Ferrovia Fastening System

Gli elementi di fissaggio fissano il binario alla traversina e resistono alle forze verticali, laterali e longitudinali. I componenti chiave includono:

• Ferrovia clip (elastic clip) — clip in acciaio a molla (ad esempio, Pandrol e-clip, Vossloh Skl) che fanno presa sul piede della rotaia; fornire circa 10–14 kN di carico di punta
• Ferrovia pad — cuscinetto in gomma o polimero tra il piede della rotaia e la traversa che attenua le vibrazioni e protegge la superficie della traversina
• Piastra di base — piastra in ghisa o acciaio che distribuisce il carico della rotaia sulla superficie della traversina
• Punta o punta a vite — utilizzato su traversine in legno per il fissaggio delle piastre di base

Zavorra

Zavorra is the crushed stone layer beneath and around the sleepers. It distributes loads to the subgrade, provides drainage, and allows for track geometry adjustment. Granite and limestone aggregate sized 25–50 mm sono più comuni. La profondità della zavorra standard varia da Da 150 mm (ferrovia leggera) a 350 mm (linee principali per merci pesanti) .

Cambio e incrocio (affluenza alle urne)

Uno scambio (scambio) consente ai treni di spostarsi da un binario all'altro. Le sue parti denominate includono:

• Binari di scambio (binari a punti) — rotaie mobili affusolate che ruotano per dirigere il treno a sinistra o a destra
• Rotaie di serie — le rotaie fisse contro le quali si chiudono le rotaie dell'interruttore
• Incrocio (rana) — il componente in acciaio al manganese fuso nel punto in cui si intersecano due rotaie; soggetto a carichi d'urto intensi e tipicamente fuso come una singola unità da Acciaio al manganese di Hadfield (12-14% Mn) per un'estrema resistenza all'usura
• Controrotaie (guard rail) — binari aggiuntivi posizionati all'interno del binario di scorrimento per guidare le flange delle ruote attraverso la fessura del frog
• Macchina di commutazione (motore a punti) — attuatore elettrico o idraulico che muove le rotaie degli scambi; gli alloggiamenti in fusione proteggono il meccanismo dalle intemperie e dagli urti

Ferroviaway and Train Casting Parts: What Gets Cast and Why

La fusione è il metodo di produzione dominante per i componenti ferroviari che richiedono forme complesse, massa elevata e resistenza eccezionale. L’industria ferroviaria utilizza tre processi di colata primari: fusione in sabbia, fusione a cera persa e fusione a schiuma persa - a seconda della geometria del componente, dei requisiti di tolleranza dimensionale e del volume di produzione.

La tabella seguente riassume le parti ferroviarie più importanti, i loro materiali e i metodi di fusione:

Perché è preferibile il casting Ferroviaway Parts

La fusione è il metodo di produzione preferito dall'industria ferroviaria per diversi motivi tecnici ed economici:

• Geometria complessa in un unico pezzo — I telai dei carrelli, i corpi degli accoppiatori e i telai laterali hanno forme tridimensionali con vuoti interni e spessore delle pareti variabile che richiederebbero dozzine di giunti saldati se fabbricati da piastre di acciaio. La fusione li produce come un'unica parte integrale, eliminando i punti di rottura per fatica della saldatura.
• Massa elevata con proprietà controllate — i componenti ferroviari devono essere sufficientemente pesanti da mantenere la rigidità strutturale sotto carichi dinamici estremi. La fusione consente un controllo preciso della composizione della lega e della velocità di raffreddamento per ottenere contemporaneamente la durezza, la tenacità e la resistenza alla fatica richieste.
• Conveniente per la produzione di grandi volumi — gli stampi per colata in sabbia per componenti standard di vagoni merci (telai laterali, fiancate) possono essere riutilizzati migliaia di volte, rendendo i costi unitari competitivi rispetto ai volumi richiesti dalle ferrovie di Classe I, che possono ordinare 10.000–50.000 getti di vagoni merci all'anno .
• Incrudimento dell'acciaio al manganese - Le rane incrociate realizzate con l'acciaio al manganese di Hadfield diventano effettivamente più dure sotto l'impatto. Questa proprietà è ottenibile solo nella condizione di fusione; la lega non può essere saldata o lavorata in forma senza perdere la sua capacità di incrudimento.

Parti ferroviarie chiave per sistema: una tabella di riferimento completa

Standard di qualità e certificazione per parti di fusione ferroviaria

Ferroviaway casting parts are among the most rigorously tested industrial components in any sector. A single failed bogie frame or coupler can cause a derailment with massive safety and financial consequences. The following standards govern their production and qualification:

• AAR M-201 - Specifiche dell'Association of American Railroads per telai laterali e fiancate per autocarri merci (Nord America). Richiede composizione chimica, proprietà meccaniche e test non distruttivi (NDT) specifici ad ogni fusione.
• EN13262 — Norma europea per ruote ferroviarie, riguardante qualità dei materiali, tolleranze dimensionali e requisiti di test a ultrasuoni.
• EN13749 — Norma europea che specifica i requisiti strutturali per i telai dei carrelli, comprese le prove di fatica con carichi di servizio simulati per un minimo di 10 milioni di cicli di carico .
• UIC860 — Specifica tecnica dell'Unione internazionale delle ferrovie per i getti di acciaio utilizzati nella costruzione di veicoli ferroviari.
• Standard GB/T (Cina) — La serie di standard di fusione e materiali di China Railway, applicata a uno dei più grandi settori di produzione ferroviaria del mondo, che ha prodotto oltre 4.000 locomotive e 50.000 carri merci solo nel 2022.

Tutte le fusioni critiche per la sicurezza sono sottoposte a controlli non distruttivi obbligatori ispezione con particelle magnetiche (MPI), test ad ultrasuoni (UT) e test radiografici (RT) per rilevare porosità interne, crepe o inclusioni prima che la parte entri in servizio. Richiedono anche molte specifiche test tagliandi distruttivi da ogni colata di acciaio per verificare la resistenza alla trazione, la resistenza allo snervamento, l'allungamento e i valori di impatto Charpy alle temperature di esercizio.

Cicli di manutenzione per treni e parti ferroviarie chiave

Comprendere gli intervalli di manutenzione aiuta i team di approvvigionamento a pianificare l'inventario dei pezzi di ricambio e gli ordini di fusione. Di seguito sono riportati gli intervalli tipici di ispezione e sostituzione per i componenti più critici: