La funzione principale: connessione sicura e controllata
La funzione principale di un sistema di fissaggio ferroviario è collegare la rotaia alla traversina o alla soletta in modo che la rotaia non possa muoversi lateralmente o longitudinalmente sotto il traffico, consentendo comunque le piccole deflessioni verticali che mantengono accettabili le forze delle ruote-rotaie. Il fissaggio deve mantenere la sagoma - la distanza tra le due rotaie - entro la tolleranza, poiché l'allargamento della sagoma è uno dei fattori che più comunemente contribuiscono al deragliamento. Distribuisce il carico della ruota dal piede della rotaia attraverso una piastra di base nella traversina e nella zavorra, assorbendo l'impatto dinamico delle ruote in transito e smorzando le vibrazioni. Inoltre, consente l'espansione e la contrazione termica della rotaia: sulla rotaia articolata la rotaia si muove in corrispondenza dei giunti, mentre sulla rotaia saldata continua il fissaggio controlla le forze generate dal cambiamento di temperatura senza lasciare che la rotaia si deformi.
Componenti principali e loro funzioni
Un tipico sistema di fissaggio è un insieme di componenti coordinati, ciascuno con una funzione definita:
Clip elastiche:fissare il piede del binario sulla piastra di base o sulla traversina con un carico di punta definito. La loro azione elastica mantiene la forza di serraggio mentre la guida vibra e si espande, quindi la forza non diminuisce nel tempo.
Cuscinetti per binari:sedersi sotto il piede della rotaia per smorzare le vibrazioni, distribuire il carico e fornire isolamento elettrico tra la rotaia e la traversina.
Piastre base:distribuire il carico concentrato della ruota su un'area della cuccetta più ampia e fornire la superficie di seduta e le spalle che posizionano la clip.
Bulloni o viti:fissare la piastra di base e i componenti alla traversina, con le rondelle elastiche che mantengono la tensione.
Isolanti:parti in nylon o compositi che impediscono la conduzione elettrica tra rotaia, clip e traversina, mantenendo i circuiti di binario affidabili e la corrente vagante controllata.
Clip elastiche vs elementi di fissaggio rigidi
La scelta progettuale fondamentale è tra bloccaggio elastico e rigido. Le clip elastiche sono elementi a molla: si deformano quando vengono installate e mantengono una forza di serraggio quasi costante per tutta la durata di servizio, assorbendo i micro-movimenti della rotaia sotto carico e variazioni di temperatura. Poiché la forza rimane elevata, il fissaggio resiste all'allentamento, motivo per cui i sistemi elastici sono specificati per le linee ad alta-velocità e per il trasporto-pesante. Gli elementi di fissaggio rigidi - morsetti bullonati e simili - forniscono una forte presa iniziale, ma la forza di serraggio dipende dalla tensione del bullone, che si rilassa sotto vibrazioni e carichi ripetuti. I sistemi rigidi sono più semplici ed economici e rimangono adeguati per i binari industriali a basso-traffico, ma necessitano di frequenti ri-serraggio e non sono adatti laddove la stabilità dello scartamento e la bassa manutenzione sono essenziali.
Cosa determina la scelta del materiale del cuscinetto del binario
I cuscinetti dei binari sono realizzati in gomma, EPDM o poliuretano, ciascuno con una rigidità e un profilo di smorzamento diversi. La gomma e l'EPDM eccellono nello smorzamento delle vibrazioni e del rumore, il che li rende la soluzione predefinita per il trasporto urbano e le sezioni-sensibili al rumore. Il poliuretano offre una maggiore resistenza all'usura e una maggiore capacità di carico, adattandosi alle linee di trasporto merci-pesanti. Tutti i materiali del pad non sono-conduttivi, quindi il pad contribuisce all'isolamento elettrico anche prima che vengano contati gli isolanti dedicati. La rigidezza del pattino è un valore di progettazione: viene selezionata in modo che la rigidezza del binario rimanga all'interno dell'intervallo per il quale sono stati progettati la traversina, la zavorra e il materiale rotabile.
Requisiti di fissaggio ad alta-velocità
I sistemi di fissaggio per linee da 300+ km/h devono fare tutto ciò che fa un fissaggio convenzionale, ma con limiti prestazionali più severi. La forza di bloccaggio deve essere elevata - tipicamente 20-30 kN per clip - per impedire il sollevamento della rotaia in velocità e per sostenere la sagoma contro grandi forze laterali. I componenti elastici devono avere una rigidità definita con precisione affinché il comportamento dinamico del binario sia prevedibile e venga mantenuto il comfort dei passeggeri. L'isolamento è integrato nel progetto perché l'interferenza di segnalazione derivante dalle correnti di trazione è inaccettabile sulle linee ad alta velocità. E poiché il tempo di possesso su linee occupate è limitato, i componenti sono progettati per una manutenzione minima: l'installazione e la rimozione della clip viene eseguita con un semplice strumento e il fissaggio sopravvive per anni senza attenzione. Questi requisiti sono scritti negli standard prestazionali che i sistemi di fissaggio devono soddisfare mediante test, non solo mediante calcoli di progettazione.
Idee sbagliate comuni sui sistemi di fissaggio
La clip è l'intero fissaggio.La clip genera la forza di serraggio, ma il mantenimento del calibro, la distribuzione del carico e l'isolamento dipendono dal fatto che il tampone, la piastra di base, la spalla e gli isolanti lavorino insieme. Lo scambio di un componente con un tipo non-corrispondente peggiora l'intero sistema.
Una forza di serraggio più elevata è sempre migliore.Un carico eccessivo sulla punta sollecita eccessivamente il piede della rotaia e la traversina e può causare affaticamento del piede della rotaia; la forza di bloccaggio è specificata per il carico sull'asse e la struttura del binario.
I fissaggi sulle traverse in cemento e traverse in legno sono intercambiabili.La geometria della piastra base, della vite e della spalla differisce completamente; al tipo di traversina e alla sezione della rotaia è abbinato un set di fissaggio.
Domande frequenti
Cosa impedisce a un fissaggio di allentarsi sotto il traffico?
Le clip elastiche mantengono la forza mediante l'azione della molla e le rondelle elastiche mantengono la tensione dei bulloni nei sistemi bullonati. La corretta coppia di installazione e l'ispezione periodica completano il quadro.
Perché l'isolamento elettrico fa parte di un sistema di fissaggio?
I circuiti di binario rilevano i treni facendo passare la corrente lungo i binari; se il fissaggio conduce corrente dalla rotaia alla traversina e alla terra, il circuito diventa inaffidabile. Gli isolanti e i pad non-conduttivi preservano l'integrità del segnale.
Con quale frequenza i sistemi di fissaggio necessitano di manutenzione?
I sistemi elastici sulle linee principali vengono ispezionati regolarmente ma in genere necessitano di attenzione solo in occasione di cicli di rincalzatura o dopo eventi eccezionali. I sistemi rigidi imbullonati richiedono una ri-serratura più frequente.
È possibile che un unico sistema di fissaggio sia adatto sia alle traverse in legno che a quelle in cemento?
No. L'ancoraggio è completamente diverso dai - picchetti a vite per le traversine in legno rispetto alle spalle e ai bulloni di ancoraggio-gettati o pre-installati per le traverse in cemento. Ogni tipo di traversina ha la propria famiglia di fissaggio.
Come viene verificata la forza di serraggio di una clip?
Il carico sulla punta della clip viene misurato con un dinamometro durante l'installazione e campionato in fabbrica rispetto al valore di progettazione, mentre la prestazione a fatica della clip viene verificata mediante test di laboratorio sull'acciaio della molla.