SPECIFICA
TECNICA
PER
LA
MISURA
DEL
COEFFICIENTE DI ATTRITO TRA STRISCIANTI PER
PANTOGRAFO E FILO DELLA LINEA DI CONTATTO
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SPECIFICA TECNICA
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INDICE
I. PARTE I......................................................................................................3
I.1 GENERALITÀ................................................................................................................................3
I.1.1. SCOPO..........................................................................................................................................3
I.1.2. CAMPO DI APPLICAZIONE ......................................................................................................3
I.1.3. DOCUMENTAZIONE CORRELATA.........................................................................................3
I.1.4. DEFINIZIONI ...............................................................................................................................3
II. PARTE II....................................................................................................3
II.1 MODALITÀ DI PROVA ..............................................................................................................3
II.1.1. PRINCIPIO ..................................................................................................................................3
II.1.2. PROVINI .....................................................................................................................................5
II.1.3. SCHEMA DELLA PROVA ........................................................................................................8
II.1.4. PROCEDIMENTO ......................................................................................................................8
II.1.5. STRUTTURA DEL SISTEMA DI PROVA................................................................................9
II.1.6. DATI DELLA PROVA..............................................................................................................10
II.1.7. MISURE TRIBOLOGICHE ......................................................................................................11
III. PARTE III...............................................................................................11
III.1 PRESCIZIONI PARTICOLARI ..............................................................................................11
III.1.1. PREPARAZIONE DEI PROVINI............................................................................................11
III.1.2. PULITURA DEI PROVINI......................................................................................................12
IV. PARTE IV................................................................................................12
IV.1
RESOCONTO DI PROVA........................................................................................................12
V. PARTE V...................................................................................................13
V.1
ATTUALI LIMITI DI COMPATIBILITA’ .............................................................................13
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I.
I.1
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PARTE I
GENERALITÀ
I.1.1.
SCOPO
La presente Specifica Tecnica stabilisce il metodo di prova per fornire risultati riproducibili
di attrito e di usura tra provini di forma e dimensioni definite secondo quanto indicato al
successivo punto II.1.2, ricavati rispettivamente dagli striscianti per pantografi e dai fili di
contatto utilizzati nelle catenarie a 3kV ed a 25 kV della rete ferroviaria di RFI.
I.1.2. CAMPO DI APPLICAZIONE
La presente Specifica Tecnica si applica per tutti i nuovi materiali proposti come striscianti dei
pantografi.
I.1.3.
DOCUMENTAZIONE CORRELATA
UNI 10195
Tribologia - Termini e definizioni
UNI ISO 558
Condizionamento e prove - Atmosfere normali - Definizioni
UNI EN ISO 4287/2002Rugosità delle superfici - Terminologia - Superficie e suoi
parametri
I.1.4.
DEFINIZIONI
Per quanto riguarda il significato dei termini e delle definizioni contenute in questa Specifica
Tecnica si deve consultare la norma UNI 10195.
II.
II.1
PARTE II
MODALITÀ DI PROVA
II.1.1.
PRINCIPIO
Un provino fisso (o di base) a forma di parallelepipedo (vedasi successivo punto II.1.2)
ricavato dallo strisciante per pantografo, viene spinto con una forza Fn , contro la superficie
di un provino ricavato dal filo della linea di contatto delle catenarie a 3kV e/o 25 kV di RFI
(vedasi successivo punto II.1.2), fissato su di un disco rotante (vedasi schema di principio in
Fig. 1).
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Fig. 1- Schema di principio della macchina di prova
La forza Fn è diretta ortogonalmente al disco rotante. La superficie di contatto tra strisciante
e filo inizialmente sarà approssimabile ad una linea essendo cilindrico il profilo della
superficie del filo nella zona che è in contatto con lo strisciante. Successivamente con
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l’avanzamento dell’usura tale superficie si estenderà progressivamente divenendo all’incirca
rettangolare.
II.1.2.
PROVINI
I provini sono dei seguenti due tipi :
1)
Provino tipo a) ricavato dallo strisciante per pantografo
Questo provino che è rappresentato in Fig. 2, è costituito dallo strisciante del
pantografo e da un tubo di acciaio 70×20×1,5 che funge da interfaccia con il banco
prova per la misura del coefficiente di attrito.
Lo strisciante deve essere ancorato al tubo con le stesse identiche modalità previste per
il suo impiego sul pantografo. Nel caso in cui ciò non fosse possibile occorre
concordare con il laboratorio di misura, l’utilizzo di un tubo con dimensioni della
sezione modificate.
La lunghezza (quota c) del tubo e le forature che ne permetteranno l’ancoraggio al
banco prova, devono essere concordate con il laboratorio in cui verranno effettuate le
misure.
termocoppia
Strisciante del pantografo
α
h
a
b
c
Tubo acciaio 70×
×20×
×1,5
Fig. 2- Provino tipo a)
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2)
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Provino tipo b) ricavato dal filo della linea di contatto della catenaria
Questo provino è il filo di contatto della catenaria , costituito da Rame Elettrolitico –
Cu-ETP UNI 5649-71, ed avente la tipica forma indicata nella Fig. 3 dove è
rappresentato il filo generalmente più utilizzato nelle linee di contatto delle catenarie
di RFI, cioè quello di sezione pari a 100 mm2 :
Fig. 3- Provino tipo b) - Sezione
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Come indicato in Fig. 1, il filo di contatto deve essere ancorato al disco rotante utilizzando
morsetti simili per quanto possibile a quelli impiegati nelle catenarie di RFI. In Fig. 4 è
rappresentato a titolo di esempio uno dei morsetti tipicamente utilizzato nelle catenarie di RFI:
Fig. 4- Morsetto di ancoraggio del filo di contatto
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II.1.3.
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SCHEMA DELLA PROVA
La disposizione relativa dei provini tipo a) e tipo b), è rappresentata schematicamente in
Fig. 5 :
Fig. 5- Rappresentazione del posizionamento relativo tra i provini
La prova deve essere eseguita in un ambiente in cui l’atmosfera e l’umidità relativa possano
essere controllate.
II.1.4.
PROCEDIMENTO
I due provini rispettivamente tipo a) e tipo b) , devono entrare in contatto (senza urti
sensibili) quando il disco ha raggiunto il numero di giri nominale corrispondente alla
velocità desiderata.
Il moto di strisciamento è di verso costante. Lo strisciante deve essere fissato in modo tale da
impedirne qualsiasi moto rotatorio, per permettere solamente puro strisciamento.
Al termine della prova il contatto tra lo strisciante ed il filo, deve essere rapidamente
interrotto prima dell’arresto della rotazione del disco.
Dopo la prova, i provini devono essere manipolati con le stesse precauzioni indicate al punto
III.1.2.
È buona norma conservare i provini in essiccatore.
È consigliabile ripetere più volte ciascuna prova, per valutare statisticamente i risultati.
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II.1.5.
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STRUTTURA DEL SISTEMA DI PROVA
a) Provino tipo a) – Strisciante
Provino di base (o non rotante) , da caratterizzare con :
1) misure geometriche (dimensioni, ecc.) ;
2) materiale (designazione, composizione chimica, trattamenti, micro e macro-struttura,
durezza, lavorazione, pellicole superficiali, ecc.) ;
3) rugosità (per metalli si consiglia di utilizzare Rz5 , Ra5 , sm5 ,tp5 secondo UNI EN ISO
4287/2002. Per ceramiche e micro-composti : si consiglia di utilizzare almeno Ra5 ,
Rp, Rv5 , sm5 , tp5 secondo UNI EN ISO 4287/2002).
Per superfici anisotrope in direzione parallela e perpendicolare a quella di
strisciamento.
4) norme di riferimento .
b) Provino tipo b) – Filo
Provino rotante (cioè quello fissato sul disco), da caratterizzare con :
5) misure geometriche (dimensioni, ecc.) lo spessore del deve essere compreso tra 11,5
e 10,5 mm;
6) materiale (designazione, composizione chimica, trattamenti, micro e macro-struttura,
durezza, lavorazione, pellicole superficiali, ecc.) ;
7) rugosità (si consiglia di utilizzare Rz5 , Ra5 , sm5 ,tp5 secondo UNI EN ISO
4287/2002).
8) norme di riferimento .
c)
Ambiente di prova
Atmosfera dell’ambiente di prova (vedere UNI ISO 558), da caratterizzare (in una
regione di estensione e collocazione definite relativamente all’accoppiamento)
mediante:
9) composizione (aria ambiente , variabile entro termini da concordare) ;
10) pressione (pressione atmosferica , variabile entro termini da concordare) ;
11) umidità relativa (variazione non superiore a ±10%) ;
12) temperatura (temperatura ambiente con variazione non superiore a ±3°C) .
d) Caratteristiche del banco prova
Le caratteristiche seguenti relative al banco prova, dovranno essere registrate, poiché
hanno influenza sui risultati delle misure :
13) indicazione delle modalità di vincolo dei provini ;
14) descrizione sommaria della struttura della macchina di prova ;
15) descrizione della tipologia degli strumenti di misura .
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II.1.6.
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DATI DELLA PROVA
Deve essere indicato che il moto relativo è radente e continuo.
Devono altresì essere riportate le misure delle grandezze seguenti :
a) Fn : :
forza normale alla superficie del disco (da rilevarsi anche durante la
prova con registrazione continua) uguale a 9 daN;
b) V :
velocità di strisciamento (sul diametro medio di avvolgimento sul disco
del filo). Devono essere provate le seguenti velocità di strisciamento:
per striscianti per velocità fino a 160 km/h v = 45 m/s;
per striscianti per velocità fino a 250 km/h v1 = 45 m/s , v2 = 56 m/s ;
Durante le prove la velocità di strisciamento deve essere rilevata con
registrazione continua ;
c) Ta = 23 °C ± 3°C : temperatura iniziale delle superfici in contatto ;
d) Ts : temperatura dello strisciante (misurata mediante termocoppia annegata nello
strisciante in posizione centrale (vedasi Fig. 2) espressa in °C (da rilevarsi anche
durante la prova con registrazione continua) ;
e) Tlim =200 °C : temperatura limite continuativa dello strisciante .
Questo valore serve a proteggere i materiali a base di Rame
Elettrolitico da usure molto rapide. Pertanto in sede di prova al
raggiungimento di tale temperatura la prova dovrà essere interrotta.
Questo valore potrebbe essere aumentato anche considerevolmente
integrando nel banco prova un sistema di ventilazione forzata tale da
ricreare condizioni di raffreddamento non superiori rispetto a quelle che
si realizzeranno mediamente sui pantografi alle stesse velocità di
strisciamento V . In questo caso occorrerà rivedere prima dell’inizio della
prova il valore di Tlim, indicando contemporaneamente nel resoconto di
prova (punto IV.1) sia lo schema del sistema di ventilazione che la
portata di aria e la sua direzione rispetto ai provini ;
f) s = 500 km : percorso di strisciamento durante la prova ;
g) Psi :peso iniziale dello strisciante espresso in daN (valore da rilevare all’inizio della
prova) ;
h) Pfi :peso iniziale del filo espresso in daN (valore da rilevare all’inizio della prova) ;
i) q = ±200 mm : spostamento laterale dello strisciante (vedasi Fig. 1) che simula la
poligonazione laterale del filo della linea di contatto della catenaria
ipotizzando campate della palificazione di sostegno della catenaria, con
lunghezza 30 m e binario in rettilineo (da rilevarsi anche durante la
prova con registrazione continua dei suoi estremi massimi (+200
mm) minimi (-200 mm) e del punto centrale (0 mm)) ;
j)
umidità relativa prescritta = 50% ±10% ;
Inoltre deve essere allegata alla prova la seguente documentazione :
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k)
l)
m)
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Disegno dello strisciante (contenente tutti i dati necessari per identificarne sia la
geometria che materiale e sue caratteristiche meccaniche e fisiche) ;
Disegno di insieme del portastrisciante del pantografo in cui si veda il montaggio
dello strisciante ;
Disegni (se esistenti) delle viti di ancoraggio dello strisciante al portastrisciante
(contenenti tutti i dati necessari per identificarne sia la geometria che materiale e sue
caratteristiche meccaniche e fisiche) ;
II.1.7.
MISURE TRIBOLOGICHE
Le misure tribologiche si devono effettuare soprattutto nella fase avanzata della prova (in un
intervallo i cui estremi devono essere specificati) . Il loro andamento in funzione del tempo
può essere espresso sotto forma di diagramma o mediante valori istantanei, massimi, minimi
e medi temporalmente collocati. Per le grandezze delle quali si richiede un valore medio
(temporale o spaziale) deve essere fornita una misura della dispersione adeguata al numero e
al tipo di dati (valori assoluti, quadratici medi ecc.) .
Devono essere indicate le misurazioni delle seguenti grandezze :
a) η :
coefficiente di attrito ;(rapporto dei valori medi delle forze longitudinali e
verticali, all’interno dell’intervallo di acquisizione di 8-10 secondi)
b) Sff :
spessore finale del filo;
c) Ts :
temperatura dello strisciante (misurata mediante termocoppia annegata nello
strisciante in posizione centrale (vedasi Fig. 2) espressa in °C (rilevata
durante la prova con registrazione continua) . Come detto in precedenza
quando la temperatura Ts = Tlim la prova deve essere interrotta indicando nel
resoconto di prova (punto IV.1) il valore ridotto del percorso di prova srid che
è stato possibile effettuare ;
d) NWR :
volume asportato dal singolo passaggio in un km di linea
e) SWR :
NWR rapportato al carico medio
f) I :
corrente circolante tra i due provini tipo a) e tipo b) espressa in Ampere .
g)
è consigliabile l’analisi morfologica delle superfici di contatto dopo la prova
mediante microscopia ottica e/o elettronica ;
h)
è altresì consigliabile la caratterizzazione (sempre dopo la prova) delle altre
regioni interessate al contatto (in particolare quelle sub-superficiali) mediante
microscopia ottica e/o elettronica.
III.
III.1
PARTE III
PRESCIZIONI PARTICOLARI
III.1.1. PREPARAZIONE DEI PROVINI
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Lo spessore iniziale del provino tipo b) del deve essere compreso tra 11,5 e 10,5 mm.
Non ci sono prescrizioni circa i procedimenti per la preparazione dei provini. Si ricorda
comunque che i risultati sono influenzati dalla composizione chimica dei provini tipo a) e
tipo b) , dai procedimenti tecnologici impiegati per la loro realizzazione, dai trattamenti
termici e dalla lavorazione delle loro superfici di contatto.
III.1.2. PULITURA DEI PROVINI
Prima del montaggio le superfici di contatto dei provini devono subire un adeguato
procedimento di pulitura.
Per i provini metallici e ceramici si consiglia il seguente procedimento :
- pulitura con acetone / alcool , per esempio a bagno in ultrasuoni ;
- asciugatura con aria calda ;
- risciacquatura con esano in agitatore ;
- asciugatura in forno a 100°C .
Per i provini di materiali differenti rispetto a quelli sopra indicati, può risultare necessario
cambiare i prodotti per la pulitura e/o modificare l’intero procedimento.
Dopo la pulitura i provini devono essere manipolati con guanti e pinze, affinché le rispettive
superfici di contatto non subiscano alcun genere di contaminazione.
Prima dell’inizio della prova i provini devono essere lasciati nell’ambiente di prova (vedere
punto II.1.5) per il tempo necessario ad uniformare le condizioni iniziali dei materiali in un
ciclo di prove.
IV.
IV.1
PARTE IV
RESOCONTO DI PROVA
Il resoconto di prova deve contenere almeno le seguenti indicazioni :
- il riferimento alla presente Specifica Tecnica;
- l’identificazione dei provini secondo quanto indicato al punto II.1.5 (riga a) e b) ), ed al
punto II.1.6 (riga k) , l) e m) ) ;
- nomi dei materiali dei provini ;
- caratteristiche dell’ambiente di prova secondo quanto indicato al punto II.1.5 (riga c) ;
- caratteristiche del banco prova secondo quanto indicato al punto II.1.5 (riga d) ;
- valori delle seguenti grandezze Tlim , Psi e Pfi ( vedasi righe e) , g) e h) del punto II.1.6) ;
- registrazioni in funzione del percorso di strisciamento s, delle grandezze seguenti che
devono essere sottoposte a controllo continuativo durante la prova (vedasi punto II.1.6 ) :
Fn , V , Ts , q .
- i risultati ottenuti dalle misure tribologiche (Vedasi punto II.1.7) organizzati in tabelle
riepilogative distinte in base al valore di corrente I nella prova
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V.
V.1
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PARTE V
LIMITI DI COMPATIBILITA’
Per striscianti per velocità fino a 160 km/h
Per I = 750 A
45 m/s
SWR Consumo del filo
≤0,09 mm3/(km N)
Coefficiente d’attrito
medio
≤ 0,37
Per striscianti per velocità fino a 250 km/h
Per I = 1000 A
45 m/s
56 m/s
SWR Consumo del filo
≤0,047 mm3/(km N)
≤0,035 mm3/(km N)
Coefficiente d’attrito
medio
≤ 0,31
≤ 0,35
Gli striscianti con caratteristiche idonee alla velocità fino a 250 km/h possono essere
utilizzati anche sui mezzi per velocità massima 160 km/h.