Soluzioni per la riduzione dell impatto acustico dei rotabili ferroviari

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1 Soluzioni per la riduzione dell impatto acustico dei rotabili ferroviari Ing. Steven Cervello Conferenza "Ferrovia e Ambiente 2 Aprile 2014

2 L attenzione verso il problema del rumore Il progresso e lo sviluppo della nostra società ha sensibilizzato sempre più l opinione pubblica verso il problema del rumore. Negli anni sono aumentate le proteste di cittadini che vivono nei pressi di linee ferroviarie sia urbane che extraurbane. Se nel caso della ferrovia è immediato identificare il responsabile nella società di trasporti; molto più complesso è stato individuare e applicare soluzioni al problema.

3 Il contributo legislativo La Comunità Europea ha da quasi 20 anni mostrato molta attenzione al problema del rumore considerato critico per la salute e per la qualità di vita delle persone. 2 principali strategie : Riduzione dell esposizione mappature dell inquinamento acustico definizione di interventi sul territorio Riduzione dell emissione acustica alla sorgente definendo nuovi limiti acustici Direttive per l interoperabilità TSI Technical Specification for Interoperability Riguarda veicoli nuovi e rinnovati (non l infrastruttura) High Speed Conventional Rail Freight

4 TSI High Speed e TSI NOISE Definizione dei limiti acustici diverse condizioni stazionario avviamento pass-by interno cabina ISO 3095 (un microfono a 7,5 m dal centro dell armamento a 1,2 m di altezza) Veicolo Velocità (km/h) Nuovo L Aeq,Tp db(a) Up graded Alta velocità Loco Elettriche Loco Diesel La Direttiva Europea raccomanda che nell arco di circa 12 anni i presenti limiti vengano ulteriormente ridotti di 2 5 db EMU DMU Carrozze passeggeri Carri merce APL 0,15 m Carri merce 0,15 m -1 < APL 0,275 m Carri merce APL > 0,275 m

5 Speciali Iniziative La Svizzera ancor più della CE è determinata a combattere il problema del rumore derivante in particolare dai carri merce : Entro il 2020 tutti i carri transitanti nel territorio dovranno essere equipaggiati con nuove soluzioni per ridurre l impatto fonico. Sarà istituito un sistema di riduzione dei pedaggi per l accesso all infrastruttura. Sono stati inoltre attivati importanti finanziamenti per la realizzazione di barriere antirumore, installazione di porte e finestre antirumore e sistemi di rilevamento dei livelli di rumorosità lungo le linee ferroviarie. Anche la Germania è particolarmente sensibile all argomento rumore : Promuove incentivi economici per l installazione di soluzioni antirumore tali da soddisfare i limiti TSI. Discute possibilità di gestione dei pedaggi in funzione della rumorosità del veicolo.

6 Analisi del problema La ruota e la rotaia nella loro interazione sono considerate le principali sorgenti di rumore del veicolo L p =L p0 +30*log 10 (v/v 0 )

7 Analisi del problema Il rumore generato dall interazione ruota / rotaia Rumore da rotolamento Rugosità ruota / rotaia Eccitazione Vibrazione della ruota Emissione di rumore (ad ampio spettro)

8 Analisi del problema Il rumore generato dall interazione ruota / rotaia Stridio Squealing noise : Curve strette Particolare fenomeno dinamico stick-slip 100 Eccitazione della corona Generazione di rumore tonale a alta frequenza khz Livello di pressione sonora db re 20e

9 Il contributo di Lucchini RS L attività di Ricerca e Sviluppo di Lucchini RS punta a ridurre il rumore direttamente alla sorgente. Da oltre 15 anni Lucchini RS è attiva nello studio del fenomeno del rumore generato dalle ruote ferroviarie. Lucchini RS dispone di un laboratorio di vibro-acustica formato da una camera semianecoica per caratterizzazione delle ruote. Il laboratorio è in grado di svolgere anche test acustici in linea per caratterizzare il rumore del veicolo e quantificare le prestazioni delle soluzioni anti rumore proposte.

10 Processo di sviluppo di una soluzione per la riduzione del rumore emesso da una ruota ferroviaria Analisi modale sperimentale al fine di individuare le frequenze di risonanza e le forme modali della ruota

11 Processo di sviluppo di una soluzione per la riduzione del rumore emesso da una ruota ferroviaria Analisi modale sperimentale al fine di individuare le frequenze di risonanza e le forme modali della ruota Design e sviluppo della soluzione che incrementi lo smorzamento della ruota Caratterizzazione in laboratorio

12 Processo di sviluppo di una soluzione per la riduzione del rumore emesso da una ruota ferroviaria Analisi modale sperimentale al fine di individuare le frequenze di risonanza e le forme modali della ruota. Design e sviluppo della soluzione che incrementi lo smorzamento della ruota. Caratterizzazione in laboratorio. Validazione del design tramite misure acustiche in linea.

13 La famiglia di prodotti Lucchini RS per la riduzione del rumore

14 Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione

15 Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione Tipo di ruota Tipo di veicolo Soluzione Ruote monoblocco (calettate a freddo) Veicoli passeggeri e alta velocità Syope Ruote monoblocco (disco freno montato in cartella) Ruote elastiche Ruote monoblocco (calettate a caldo) Ruote frenate a ceppi Veicoli passeggeri e alta velocità Veicoli leggeri (tram e metro) Veicoli passeggeri Carri merci Syope Braw Galene Hypno

16 La soluzione Syope è realizzata da un pannello composto da un particolare polimero viscoelastico e metallo. E applicato tramite uno speciale processo d incollaggio. Non necessita fissaggi meccanici o modifiche alla geometria della ruota. Limitato incremento di peso (10 kg max ) Il prodotto è in servizio da oltre 10 anni ed è ormai Service Proven Riduzione rumore in rettilineo: 4-6 db 10 db al di sopra di 1,5 khz Riduzione completa dello squealing noise in curva 100 Passby Curva 1 (secondo binario) msura a 7,5 m Livello di pressione sonora db re 20e Norm. 1 Norm. 2 Syope 1 Syope khz

17 Alcune delle principali applicazioni Syope Circumvesuviana EMU Firema ETR680 Czech Pendolino - Alstom GTW2/6 DMU Stadler Merano - Malles CRH1 Zefiro - Bombardier CRH3 Velaro Cina - Siemens HSP - Alstom ETR600 ETR610 - Alstom ETR1000 Bombardier/Asaldo Breda

18 Il prodotto Si tratta di una particolare applicazione della soluzione Syope per le ruote con disco freno in cartella Il pannello è applicato nella zona di transizione tra cartella e corona mantenendo un ingombro molto ridotto Anche in questo caso non sono necessari fissaggi meccanici o modifiche geometriche alla ruota Le ruote Syope Braw sono installate sui veicoli GTW Stadler in servizio sulla linea Valvenosta-SAD dal 2008

19 Caratterizzazione in laboratorio Il montaggio del disco freno contribuisce allo smorzamento dei modi propri della cartella La soluzione Syope Braw contribuisce allo smorzamento dei modi propri della corona

20 Campagna prove in Valvenosta Livelli di pressione sonora furono misurati a bordo dei carrelli motori lungo l intera linea della Valvenosta Un carrello motore equipaggiato con ruote Syope Braw il secondo senza Pressure level [db(pa)] Standard wheel Syope Braw L analisi dello spettro del livello di pressione sonora mediato lungo l intera linea mostra la riduzione dei picchi di risonanza della ruota al di sopra dei 2 khz Frequency [Hz] Tali risonanze sono responsabili dello squealing noise e flanging noise e risultano maggiormente eccitate in curva.

21 Veicoli urbani (Tram e Metropolitane) Lo squealing noise è un tipico problema dei tram quando percorrono curve strette

22 La ruota elastica Cerchione Anello Tassello elastico Vite di fissaggio Centro ruota Gli absorber Galene sono stati ideati per smorzare le risonanze proprie del cerchione responsabili dello squealing noise che si può verificare durante il transito in curve strette Shunt Il rumore da rotolamento in rettilineo è invece notevolmente ridotto grazie alla presenza dei tasselli elastici

23 Il prodotto Appendici di materiale composito (acciaio - polimero viscoelastico) fissate rigidamente al cerchione tramite viti. Limitato ingombro. Se correttamente dimensionati possono ridurre in modo evidente determinate frequenze di risonanza del cerchione.

24 Sviluppo absorber Galene per tram Combino Misure acustiche in linea avevano rivelato una marcata risonanza a 2kHz Analisi numeriche e sperimentali sulla ruota avevano evidenziato alla medesima frequenza il 2 modo flessionale del cerchione

25 Sviluppo absorber Galene per tram Combino Misure acustiche in linea avevano rivelato una marcata risonanza a 2kHz Analisi sperimentali sulla ruota avevano evidenziato alla medesima frequenza il 2 modo flessionale del cerchione L ottimizzazione della forma geometrica dell absorber ha permesso di ottenere un sufficiente smorzamento da eliminare quasi completamente la risonanze in esercizio

26 Il dispositivo Hypno è specificamente ideato per ruote carro frenate a ceppi, E in grado di resistere sia alle temperature (500 C) raggiunte durante la frenatura che di adattarsi alla dilatazione termica della corona di rotolamento (ha superato i test di frenatura previsti da UIC 510.5) Hypno non utilizza polimeri (che non resisterebbero alle alte temperature) ma ottiene lo smorzamento delle vibrazioni attraverso la generazione di energia d attrito tra le membrane metalliche di cui è composto

27 Gli absorber sono realizzati da lamine in acciaio Inox opportunamente assimeate tra loro e fissate in una gola nel sottocorona. Gli absorber permettono l ispezione visiva in esercizio della cartella L incidenza sul Life cycle cost del veicolo è limitato essendo gli absorber riutilizzabili al cambio ruote.

28 Test acustici in linea Le prestazioni acustiche delle ruote Hypno sono state verificate durante una campagna prove dimostrando la possibilità nel caso di un carro cisterna di rispettare i limiti acustici delle TSI

29 Applicatione su veicoli passegeri Applicazione della soluzione Hypno sul veicolo passeggeri sulla lina del Bernina - Rhatische Bahn

30 Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione Tipo di ruota Tipo di veicolo Soluzione Ruote monoblocco (calettate a freddo) Ruote monoblocco (disco freno montato in cartella) Ruote elastiche Ruote monoblocco (calettate a caldo) Ruote frenate a ceppi Veicoli passeggeri e alta velocità Veicoli passeggeri e alta velocità Veicoli leggeri (tram e metro) Veicoli passeggeri Carri merci Syope Syope Braw Galene Hypno

31 Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione Tipo di ruota Ruote monoblocco (calettate a freddo) Ruote monoblocco (disco freno montato in cartella) Ruote elastiche Ruote monoblocco (calettate a caldo) Ruote frenate a ceppi Soluzione Syope Syope Braw Galene Hypno Caratteristiche La geometria della ruota non necessita modifiche Non necessita viti di fissaggio Peso ridotto La geometria della ruota non necessita modifiche Non necessita viti di fissaggio Peso ridotto Efficiente contro il rumore in curva Riutilizzabile Può essere installato su ruote già montate sotto il veicolo Riutilizzabile Può essere installato su ruote già montate sotto il veicolo Resiste ad alte temperature di frenatura (500 C)

32 Una soluzione anti-rumore per ogni applicazione Tipo di ruota Ruote monoblocco (calettate a freddo) Soluzione Syope Riduzione del rumore Rumore in rettilineo: 4-6 db Rumore in curva squealing : 10dB Ruote monoblocco (disco freno montato in cartella) Syope Braw Rumore in rettilineo : 3-4 db (dato dal montaggio del disco freno in cartella) Rumore in curva squealing : 10dB Ruote elastiche Ruote monoblocco (calettate a caldo) Galene Rumore in rettilineo : 3-4 db Rumore in curva squealing : 10dB Ruote frenate a ceppi Hypno Rumore in rettilineo : 3-4 db Rumore in curva squealing : 10dB

33 Soluzioni per la riduzione dell impatto acustico dei rotabili ferroviari Grazie per l attenzione ITALY UNITED KINGDOM SWEDEN POLAND INDIA CHINA JV CHINA