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La sicurezza e l'affidabilità dei sistemi ferroviari ad alta velocità dipendono in larga misura dalle prestazioni superiori delle ruote e dei sistemi di frenatura.Come componenti critici che supportano direttamente il peso del treno e interagiscono con i binari, la selezione dei materiali, l'ottimizzazione delle prestazioni e l'efficacia dei sistemi di frenatura sono fondamentali per la sicurezza operativa, l'efficienza e i costi di manutenzione.Questa relazione approfondisce gli ultimi sviluppi nei materiali delle ruote ferroviarie e dei sistemi di frenatura., analizza le sfide e le opportunità tecnologiche attuali ed esplora le direzioni future.

Le ruote, come componenti fondamentali dei veicoli ferroviari, sopportano condizioni di esercizio estremamente difficili.Essi devono resistere alle immense pressioni dei binari e alle elevate temperature generate dalla frenata ad attritoQuesto effetto di accoppiamento termomeccanico provoca spesso crepe e usura della superficie, compromettendo la sicurezza operativa.migliorare la durata e l'affidabilità dei materiali delle ruote è un obiettivo chiave della ricerca.

Attualmente, l'acciaio a carbonio medio-alto (con un tenore di carbonio dello 0,60-0,75%) è ampiamente utilizzato per le ruote laminate monolitiche.la microstruttura del materiale può essere ottimizzata, e la distribuzione interna delle sollecitazioni residue può essere regolata per migliorare la resistenza ai carichi termici.le ruote laminate monolitiche sono classificate in diversi tipi per soddisfare le diverse condizioni operative e i requisiti di prestazione.

Per eliminare l'attrito scorrevole tra le flange delle ruote e i binari durante il viaggio in curva, sono essenziali misure di lubrificazione efficaci.I laboratori di ricerca hanno sviluppato un materiale a base di lubrificazione solida per l'attrito delle ruote chiamato "regolatori del battistrada"Questo dispositivo mira simultaneamente a migliorare l'aderenza tra le ruote e i binari riducendo l'usura delle flange, prolungando così la vita delle ruote e riducendo i costi di manutenzione.

La frenata a battistrada è un metodo di frenata comunemente utilizzato nei veicoli ferroviari.Quando si selezionano i materiali del blocco freno del battistrada, devono essere presi in considerazione diversi fattori, tra cui il coefficiente di attrito, la resistenza all'usura, le prestazioni in pioggia o neve, l'impatto sull'adesione, i potenziali danni ai battistrada delle ruote e il rumore di frenata.

Poiché nessun singolo materiale può soddisfare pienamente tutti i requisiti, si scelgono diversi materiali per i blocchi di freno in base alle applicazioni specifiche.

• Blocchi di freno in ghisa grigia:Il materiale più antico per il blocco freno, mentre le sue prestazioni di attrito sono relativamente basse, crea una moderata rugosità sui battistrada delle ruote, migliorando così l'adesione.la ghisa grigia rimane indispensabile nelle regioni fredde e montuoseI blocchi di freno in ghisa di lega, potenziati con elementi aggiuntivi, sono spesso utilizzati nei treni espressi e nelle locomotive.
• Fabbricazione a partire da materiali di cui all'allegato 1 del presente regolamento.Composti principalmente di resina fenolica, offrono buone prestazioni di attrito, bassi tassi di usura, proprietà leggere ed efficienza dei costi.Per le condizioni di bagnato sono stati sviluppati freni sintetici resistenti alla neveAlcuni blocchi sintetici sono progettati per rendere più aspri i battistrada delle ruote, migliorando ulteriormente l'adesione.
• Fabbricazione a partire da materiali di cui all'allegato 1 del presente regolamento.Realizzati con polveri metalliche come rame o ferro, questi hanno ottime prestazioni di attrito, adattamento a tutte le condizioni climatiche e bassi tassi di usura.Le loro prestazioni superiori in condizioni umide le rendono ideali per le regioni fredde.
• Agenti di controllo dell'adesione:Sebbene non siano un materiale frenante, questi agenti puliscono le superfici delle ruote e creano una rugosità ottimale per garantire una forte adesione.Questa tecnologia è pienamente implementata nei treni Shinkansen e ampiamente adottata nelle ferrovie convenzionali.

La ricerca attuale sui materiali delle ruote e dei sistemi di frenatura si concentra sui seguenti settori:

• Studi sul meccanismo di danno:Investigare le cause profonde delle crepe termiche e dell'usura concava sulle ruote frenate con battistrada attraverso esperimenti, analisi dei materiali e simulazioni numeriche,Il Consiglio europeo ha adottato una risoluzione sulla prevenzione.
• Sviluppo di nuovi materiali:Esplorazione di nuovi materiali per ruote con maggiore resistenza, migliore resistenza all'usura e stabilità termica superiore, come acciai in lega avanzata, compositi o tecnologie di modifica della superficie.
• Ottimizzazione del sistema di frenatura:Studiare metodi di frenata alternativi come la frenata a corrente di vortice o la frenata rigenerativa per ridurre l'usura meccanica e lo stress termico sulle ruote,migliorando la progettazione dei sistemi di frenatura del battistrada per una maggiore efficienza e sicurezza.
• Manutenzione intelligente:integrare la tecnologia dei sensori e l'analisi dei big data per il monitoraggio in tempo reale e la manutenzione predittiva delle ruote e dei sistemi di frenatura;consentire la rilevazione precoce di potenziali problemi per prevenire gli incidenti e ridurre i costi.

Lo sviluppo di materiali per ruote ferroviarie e sistemi di frenatura è un'attività sistematica che richiede un'attenta considerazione delle proprietà dei materiali, dei metodi di frenatura, degli ambienti operativi,e costi di manutenzioneL'innovazione e l'ottimizzazione continue possono migliorare significativamente la sicurezza e l'efficienza del trasporto ferroviario contribuendo al contempo alla sostenibilità.La ricerca futura metterà sempre più l'accento sulla collaborazione interdisciplinare per ottenere progressi completi nelle prestazioni delle ruote e dei sistemi di frenatura.