Periodico bimestrale
Anno XIX, numero 88
Sett./Ottobre
ISSN 1128-3874
INGEGNERIA FERROVIARIA

Simulazione multibody di un people mover con trazione a fune

F. Bucchi, F. Frendo, F. Bavaresco, G. Conte

In questo articolo viene presentato il modello multibody del Pisamover, un People Mover Automatizzato (APM) che è stato realizzato a Pisa. Il modello è stato sviluppato in ambiente MSC.Adams e, trattandosi di un veicolo non convenzionale, non è stato possibile utilizzare dei template precostituiti ma si è reso necessario sviluppare un modello dettagliato che includesse tutti gli aspetti della dinamica dell’APM (trazione a fune, pneumatici, sospensioni ecc.). Il modello è stato finalizzato alla scelta dei sistemi di sospensione in maniera tale da soddisfare i requisiti relativi al comfort dei passeggeri e i molteplici vincoli di layout e di interfaccia dei singoli componenti. Le simulazioni hanno premesso di individuare lo schema di sospensioni più appropriato e le proprietà elastiche e smorzanti dei vari elementi, oltre che ottenere i carichi sui singoli componenti che sono stati successivamente utilizzati per il dimensionamento e la verifica degli stessi.

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1. INTRODUZIONE

Il sistema di trasporto APM (Automated People Mover) è relativamente recente e consiste nel trasporto di persone su percorsi di ridotta estensione attraverso mezzi automatici operanti su sede propria che, a partire dagli anni ‘60, è stato usato per trasporti interni in aeroporti e parchi tematici. 

 

Il PisaMover è composto da tre carrozze comunicanti, utilizza un sistema di trazione a fune e si muove lungo una sede ferroviaria ottenuta attraverso due travi di tipo HE che fungono da rotaie.
In apertura il modello multibody del people mover implementato in MSC Adams.

I mezzi di trasporto possono essere di vario tipo: solitamente si tratta di piccoli treni composti da poche carrozze, comunicanti o separate, azionate da differenti tipologie di sistema di trazione (ad es. motori elettrici, motori magnetici lineari o trazione a cavo). Il tracciato può essere realizzato attraverso mono o bi-rotaie oppure attraverso rotelle laterali di guida operanti lungo sedi opportunamente costruite o infine attraverso levitazione magnetica (Maglev) [1]-[2].
Molto spesso i sistemi di trasporto sono progettati su misura per l’applicazione e realizzati sotto forma di singoli esemplari; per questa ragione la fase di simulazione delle reali condizioni operative si configura come un passaggio molto importante nello sviluppo dei mezzi. In letteratura sono presenti vari articoli riguardanti studi di fattibilità, la gestione ed il controllo di APM intesi come sistemi di trasporto [3]-[4], mentre la simulazione dinamica dei mezzi non è un tema molto ricorrente. Un’interessante analisi della bibliografia riguardante la simulazione multibody di veicoli ferroviari è presentata in [5], all’interno della quale vengono però considerati unicamente treni e metro. Alcuni articoli si occupano della dinamica dei mezzi a levitazione magnetica [6], analizzando a fondo l’effetto sul comfort e sulla vibrazione delle rotaie della forza di trazione magnetica e di quella di sostentamento verticale che presentano un andamento pulsante [7]. Sulla base delle ricerche bibliografiche effettuate dagli autori, l’unico articolo che si occupa della dinamica di APM con trazione a fune è [8]; all’interno di questo articolo viene sviluppato in maniera dettagliata un modello elastico della fune al fine di simulare la sua infuenza sulla dinamica longitudinale del veicolo. Un’interessante revisione dei sistemi di trasporto azionati da fune è inoltre proposta in [9], dove però l’attenzione principale è posta su sistemi aerei tipo funivie. In questo articolo viene descritto il modello multibody dell’APM PisaMover, sviluppato all’interno di una collaborazione tra l’Università di Pisa e Leitner Spa. Il PisaMover è in procinto di essere messo in servizio a Pisa e collegherà la stazione centrale ferroviaria con l’aeroporto di Pisa lungo un percorso di 1.75 km che include anche la presenza di una stazione intermedia. Il progetto è stato finanziato attraverso fondi europei e della Regione Toscana in ragione della compatibilità dal punto di vista ambientale, dal momento in cui non sono presenti motori o batterie installate all’interno del treno, e delle ridotte emissioni acustiche grazie all’uso di ruote con pneumatici. L’Università di Pisa si è occupata di sviluppare un modello multibody dell’intero APM per simularne il comportamento dinamico. In particolare, il modello è stato finalizzato alla scelta dei sistemi di sospensione in maniera tale da soddisfare i requisiti relativi al comfort dei passeggeri e i molteplici vincoli di layout e di interfaccia dei singoli componenti. Difatti l’APM si presenta come un unico convoglio, composto da tre carrozze comunicanti, che si muove all’interno di una sede ferroviaria propria molto stretta, per cui è richiesta un’attenta analisi per determinare la posizione relativa dei componenti durante le varie fasi operative, ivi inclusi i transitori, con differenti carichi di passeggeri. Inoltre, i risultati della simulazione multibody relativi ai carichi sui componenti sono risultati utili anche al dimensionamento strutturale degli stessi. Trattandosi di un veicolo non convenzionale non è stato possibile utilizzare dei template precostituiti all’interno di specifici software di simulazione ma si è reso necessario sviluppare un modello dettagliato che includesse tutti gli aspetti della dinamica dell’APM. Il modello è stato implementato interamente in ambiente MSC.Adams View e alcune routine personalizzate sono state concepite al fine di simulare alcune peculiarità del mezzo (ad es. per la determinazione della direzione della forza di trazione). Un modello di pneumatico è stato inoltre implementato al fine di simulare le forze verticali e laterali agenti nella zona di contatto ruota-rotaia. Inoltre, è stata dedicata una particolare attenzione nella modellazione delle forze agenti tra la fune e le morse, vista la loro diretta influenza sia sui carichi cui è soggetta la struttura che sul comfort dei passeggeri.

 

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Gli autori

F. Bucchi, F. Frendo, Università di Pisa
Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale,
Largo L. Lazzarino, 56122 Pisa, Italy,
e-mail: francesco.bucchi@unipi.it; francesco.frendo@unipi.it

F. Bavaresco, G. Conte, Leitner Spa,
Via Brennero, 34
39049 Vipiteno (BZ), Italy

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