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I pantografi moderni monobraccio sono autentici capolavori di ingegneria. Si può osservare come si aprano e si colleghino alla linea aerea senza alcuno sforzo apparente. Guarda cosa succede se la testa del collettore non è orizzontale durante l’apertura e la chiusura del pantografo. Per comprendere meglio questa importante qualità dei pantografi moderni, esaminiamo questa dimostrazione in scala ridotta.
Il collettore di corrente è collegato con questo braccio superiore. Si può notare che, quando spingo il pantografo verso l’alto, l’angolo del braccio superiore cambia, cambia molto. Sorprendentemente, l’angolo del collettore di corrente non cambia, rimane orizzontale. In breve, il pantografo si comporta come un giunto cardanico. Come ci sono riusciti gli ingegneri? Come hanno fatto a mantenere l’orientamento orizzontale del collettore di corrente senza utilizzare controlli elettronici?
Prima di approfondire i dettagli di un pantografo moderno, esploriamo prima perché i treni ne fanno uso. Considera questo caso con un sottoponte: a causa di costruzioni come questa o della pendenza del terreno, a volte è difficile mantenere una distanza costante tra il treno e la linea aerea.
Ecco perché serve un pantografo. Questo meccanismo può adattarsi a queste variazioni di altezza, non solo tocca il cavo, ma garantisce anche che vi sia una forza di contatto sufficiente tra il collettore di corrente e la linea aerea.
Il pantografo più semplice avrebbe questo aspetto: un conduttore in rame con un sistema a molla compressa. Quando viene lasciato salire, inizia a raccogliere corrente. La corrente viene quindi fornita ai motori. In un pantografo, il circuito può essere facilmente chiuso collegandolo a terra attraverso le ruote. Tuttavia, questo semplice collettore fallirebbe facilmente per mancanza di stabilità laterale!
Per migliorarne la stabilità, incliniamo l’asta in questa direzione. Riorganizzando la molla, questo collettore riesce a rimanere in contatto con la linea. Tuttavia, una forza eccessiva della molla può rompere la linea aerea in tensione. Per controbilanciare questa forza della molla, usiamo una fune per legare il collettore nella direzione opposta. Questo metodo bilancia perfettamente il collettore. Per un allineamento preciso, possiamo fissare una testina in rame scanalata. Questa idea di design del collettore di corrente, chiamata asta di captazione, fu inventata per la prima volta da Frank J. Sprague.
Questo collettore inevitabilmente andrà incontro a usura a causa del funzionamento continuo del treno. L’attrito regolare può rompere questa testina scanalata dopo solo due o tre settimane. Per superare questo problema, gli ingegneri ferroviari hanno aumentato la lunghezza della testina e l’hanno mantenuta perpendicolare. Ora, considera l’ingegnosa innovazione nelle linee aeree: lo schema a zig-zag dei cavi. La linea è disposta in modo da scorrere sull’intera lunghezza della testina del collettore. Pertanto, l’area di contatto della testina cambia continuamente, rallentando notevolmente l’usura della testina stessa.
Tuttavia, ora è la linea aerea a poter subire usura. Questo può essere gestito introducendo una striscia di carbone, come mostrato. Questo design modificato può funzionare regolarmente a velocità dai 35 ai 100 chilometri orari. Questo design, insieme a corni laterali aggiuntivi, è chiamato archetto. Esploreremo lo scopo di questi corni verso la fine del video.
Con l’aumento della velocità, un grande svantaggio di questo design diventa evidente: la resistenza dell’aria e le vibrazioni! Si può osservare il percorso complicato che le particelle d’aria devono seguire in questo design. Questo genera una forza netta verso il basso e un contatto allentato. I vortici visibili in questa animazione causano anche vibrazioni. Per superare questi problemi, nel 1903 John Q. Brown brevettò un design del collettore di corrente chiamato pantografo.
Le molle visibili al centro del meccanismo sono compresse. Quando rilasciate, la molla cercherà di ridurre l’altezza del pantografo. Il movimento in uscita dei pistoni pneumatici è collegato al meccanismo in modo tale che, quando il conducente aumenta la pressione dell’aria, l’altezza del meccanismo aumenta.
Il conducente decide di aumentare o diminuire la pressione dell’aria osservando la tensione nella linea. In questo modo, il conducente può garantire che il pantografo sia sempre a stretto contatto con la linea aerea. Qui si può osservare il percorso della corrente attraverso il corpo del pantografo. Questo design simmetrico a goccia risolve il problema delle vibrazioni e riduce notevolmente la resistenza aerodinamica. Questo design simmetrico garantisce inoltre che la testina del collettore rimanga sempre orizzontale.
Tuttavia, poiché il pantografo a due bracci è ingombrante e pesante, richiede molta potenza per essere alzato e abbassato. Per affrontare questo problema, il signor Louis Faiveley introdusse una nuova tecnologia: il pantografo mono braccio. Le parti principali di questo pantografo sono evidenziate qui. Si può osservare che il braccio superiore cambia il suo angolo durante il funzionamento, e la parte più importante di questo dispositivo—la testina del collettore—è collegata a questo braccio superiore.
Il collettore di corrente è collegato con questo braccio superiore. Si può notare che, quando spingo il pantografo verso l’alto, l’angolo del braccio superiore cambia, cambia molto. Sorprendentemente, l’angolo del collettore di corrente non cambia, rimane orizzontale. In breve, il pantografo si comporta come un giunto cardanico. Come ci sono riusciti gli ingegneri? Come hanno fatto a mantenere l’orientamento orizzontale del collettore di corrente senza utilizzare controlli elettronici?
Prima di approfondire i dettagli di un pantografo moderno, esploriamo prima perché i treni ne fanno uso. Considera questo caso con un sottoponte: a causa di costruzioni come questa o della pendenza del terreno, a volte è difficile mantenere una distanza costante tra il treno e la linea aerea.
Ecco perché serve un pantografo. Questo meccanismo può adattarsi a queste variazioni di altezza, non solo tocca il cavo, ma garantisce anche che vi sia una forza di contatto sufficiente tra il collettore di corrente e la linea aerea.
Il pantografo più semplice avrebbe questo aspetto: un conduttore in rame con un sistema a molla compressa. Quando viene lasciato salire, inizia a raccogliere corrente. La corrente viene quindi fornita ai motori. In un pantografo, il circuito può essere facilmente chiuso collegandolo a terra attraverso le ruote. Tuttavia, questo semplice collettore fallirebbe facilmente per mancanza di stabilità laterale!
Per migliorarne la stabilità, incliniamo l’asta in questa direzione. Riorganizzando la molla, questo collettore riesce a rimanere in contatto con la linea. Tuttavia, una forza eccessiva della molla può rompere la linea aerea in tensione. Per controbilanciare questa forza della molla, usiamo una fune per legare il collettore nella direzione opposta. Questo metodo bilancia perfettamente il collettore. Per un allineamento preciso, possiamo fissare una testina in rame scanalata. Questa idea di design del collettore di corrente, chiamata asta di captazione, fu inventata per la prima volta da Frank J. Sprague.
Questo collettore inevitabilmente andrà incontro a usura a causa del funzionamento continuo del treno. L’attrito regolare può rompere questa testina scanalata dopo solo due o tre settimane. Per superare questo problema, gli ingegneri ferroviari hanno aumentato la lunghezza della testina e l’hanno mantenuta perpendicolare. Ora, considera l’ingegnosa innovazione nelle linee aeree: lo schema a zig-zag dei cavi. La linea è disposta in modo da scorrere sull’intera lunghezza della testina del collettore. Pertanto, l’area di contatto della testina cambia continuamente, rallentando notevolmente l’usura della testina stessa.
Tuttavia, ora è la linea aerea a poter subire usura. Questo può essere gestito introducendo una striscia di carbone, come mostrato. Questo design modificato può funzionare regolarmente a velocità dai 35 ai 100 chilometri orari. Questo design, insieme a corni laterali aggiuntivi, è chiamato archetto. Esploreremo lo scopo di questi corni verso la fine del video.
Con l’aumento della velocità, un grande svantaggio di questo design diventa evidente: la resistenza dell’aria e le vibrazioni! Si può osservare il percorso complicato che le particelle d’aria devono seguire in questo design. Questo genera una forza netta verso il basso e un contatto allentato. I vortici visibili in questa animazione causano anche vibrazioni. Per superare questi problemi, nel 1903 John Q. Brown brevettò un design del collettore di corrente chiamato pantografo.
Le molle visibili al centro del meccanismo sono compresse. Quando rilasciate, la molla cercherà di ridurre l’altezza del pantografo. Il movimento in uscita dei pistoni pneumatici è collegato al meccanismo in modo tale che, quando il conducente aumenta la pressione dell’aria, l’altezza del meccanismo aumenta.
Il conducente decide di aumentare o diminuire la pressione dell’aria osservando la tensione nella linea. In questo modo, il conducente può garantire che il pantografo sia sempre a stretto contatto con la linea aerea. Qui si può osservare il percorso della corrente attraverso il corpo del pantografo. Questo design simmetrico a goccia risolve il problema delle vibrazioni e riduce notevolmente la resistenza aerodinamica. Questo design simmetrico garantisce inoltre che la testina del collettore rimanga sempre orizzontale.
Tuttavia, poiché il pantografo a due bracci è ingombrante e pesante, richiede molta potenza per essere alzato e abbassato. Per affrontare questo problema, il signor Louis Faiveley introdusse una nuova tecnologia: il pantografo mono braccio. Le parti principali di questo pantografo sono evidenziate qui. Si può osservare che il braccio superiore cambia il suo angolo durante il funzionamento, e la parte più importante di questo dispositivo—la testina del collettore—è collegata a questo braccio superiore.
Come abbiamo visto nella dimostrazione, la testina del collettore rimane perfettamente orizzontale anche se è collegata al braccio superiore. Esploriamo ora i segreti di questa straordinaria invenzione.
La parte inferiore di questo pantografo ti sembra familiare? È una disposizione a quattro barre. Se ruotiamo questa barra verde in senso orario, osserviamo cosa succede alla piccola barra gialla—subisce una variazione angolare significativa. Estendiamo questa barra gialla e fissiamo la testina del collettore alla sua estremità. Si può osservare che questo meccanismo fornisce una buona variazione in altezza alla testina del collettore. Tuttavia, l’angolo della testina cambia poiché è collegata al braccio superiore. Questo è un grosso problema. Tale rotazione rende inefficace il contatto tra testina del collettore e linea aerea. Riesci a identificare una possibile soluzione? Per contrastare questa rotazione della testina, introduciamo una barra di bilanciamento, incernierata al braccio inferiore e a una piccola estensione della testina stessa. Si può osservare che, quando il meccanismo si muove, la distanza tra la testina e il punto di cerniera del braccio inferiore diminuisce. Poiché la barra di bilanciamento non può accorciarsi, deve spingere la testina nella direzione opposta. In un pantografo, questa rotazione opposta annulla esattamente l’inclinazione della testina che si aveva prima di introdurre la barra di bilanciamento. Evviva! La testina del collettore ha ora raggiunto una posizione perfettamente orizzontale in tutta la sua escursione. Questo dimostra come il pantografo usi una splendida combinazione di due meccanismi a quattro barre. In breve, abbiamo sviluppato una tecnologia che mantiene costantemente la testina orizzontale senza sensori o controlli elettronici.
Il braccio inferiore ruota utilizzando lo stesso sistema a pistoni pneumatici.
Nel caso in cui il pantografo debba essere abbassato o disconnesso, il treno continuerà a muoversi liberamente per qualche chilometro grazie alla sua elevata inerzia.
Ora, torniamo alla domanda curiosa che abbiamo posto in precedenza in questo video. I corni sono molto utili quando il treno cambia binario. Durante il cambio binario, anche il pantografo deve passare da una linea aerea all’altra. In questa animazione, si può osservare come i corni aiutino nella transizione fluida tra le linee aeree, altrimenti la linea potrebbe incastrarsi sotto la testina del collettore.
La tensione sul pantografo è di circa 25.000 Volt.
Per isolare il corpo metallico del treno da questa alta tensione, vengono utilizzati questi isolatori ad alta resistenza elettrica. Essi forniscono anche un buon supporto meccanico al pantografo.
Fantastico! Abbiamo ora completato la progettazione del pantografo.
Avrai notato che, la maggior parte delle volte, il pantografo è montato nella parte posteriore del locomotore. Questo semplice accorgimento riduce notevolmente la resistenza aerodinamica.
Il motivo è l’effetto dello strato limite, guarda la distribuzione della velocità attorno al corpo del treno.
Se il pantografo è collegato alla parte anteriore del locomotore, deve muoversi contro l’aria ad alta velocità. Tuttavia, si può osservare che il pantografo nella parte posteriore del locomotore affronta una velocità dell’aria molto più bassa, poiché è immerso all’interno dello strato limite; questo riduce sicuramente la resistenza.
Ti sei mai chiesto perché siano installati due pantografi sopra una locomotiva?
A bassa velocità il treno può funzionare con un solo pantografo, ma a velocità superiori a 150 chilometri orari, i treni con un solo pantografo presentano un grosso problema.
Supponiamo che sia installato un solo pantografo e il treno viaggi in retromarcia ad alta velocità. Anche in questo caso, l’aerodinamica è il problema, causando vortici e aumentando la forza di resistenza sul treno.
Ecco perché, per il movimento in retromarcia del treno, è necessario un secondo pantografo con orientamento opposto.
Speriamo che questo video ti sia piaciuto! Grazie per la visione. Alla prossima!
La parte inferiore di questo pantografo ti sembra familiare? È una disposizione a quattro barre. Se ruotiamo questa barra verde in senso orario, osserviamo cosa succede alla piccola barra gialla—subisce una variazione angolare significativa. Estendiamo questa barra gialla e fissiamo la testina del collettore alla sua estremità. Si può osservare che questo meccanismo fornisce una buona variazione in altezza alla testina del collettore. Tuttavia, l’angolo della testina cambia poiché è collegata al braccio superiore. Questo è un grosso problema. Tale rotazione rende inefficace il contatto tra testina del collettore e linea aerea. Riesci a identificare una possibile soluzione? Per contrastare questa rotazione della testina, introduciamo una barra di bilanciamento, incernierata al braccio inferiore e a una piccola estensione della testina stessa. Si può osservare che, quando il meccanismo si muove, la distanza tra la testina e il punto di cerniera del braccio inferiore diminuisce. Poiché la barra di bilanciamento non può accorciarsi, deve spingere la testina nella direzione opposta. In un pantografo, questa rotazione opposta annulla esattamente l’inclinazione della testina che si aveva prima di introdurre la barra di bilanciamento. Evviva! La testina del collettore ha ora raggiunto una posizione perfettamente orizzontale in tutta la sua escursione. Questo dimostra come il pantografo usi una splendida combinazione di due meccanismi a quattro barre. In breve, abbiamo sviluppato una tecnologia che mantiene costantemente la testina orizzontale senza sensori o controlli elettronici.
Il braccio inferiore ruota utilizzando lo stesso sistema a pistoni pneumatici.
Nel caso in cui il pantografo debba essere abbassato o disconnesso, il treno continuerà a muoversi liberamente per qualche chilometro grazie alla sua elevata inerzia.
Ora, torniamo alla domanda curiosa che abbiamo posto in precedenza in questo video. I corni sono molto utili quando il treno cambia binario. Durante il cambio binario, anche il pantografo deve passare da una linea aerea all’altra. In questa animazione, si può osservare come i corni aiutino nella transizione fluida tra le linee aeree, altrimenti la linea potrebbe incastrarsi sotto la testina del collettore.
La tensione sul pantografo è di circa 25.000 Volt.
Per isolare il corpo metallico del treno da questa alta tensione, vengono utilizzati questi isolatori ad alta resistenza elettrica. Essi forniscono anche un buon supporto meccanico al pantografo.
Fantastico! Abbiamo ora completato la progettazione del pantografo.
Avrai notato che, la maggior parte delle volte, il pantografo è montato nella parte posteriore del locomotore. Questo semplice accorgimento riduce notevolmente la resistenza aerodinamica.
Il motivo è l’effetto dello strato limite, guarda la distribuzione della velocità attorno al corpo del treno.
Se il pantografo è collegato alla parte anteriore del locomotore, deve muoversi contro l’aria ad alta velocità. Tuttavia, si può osservare che il pantografo nella parte posteriore del locomotore affronta una velocità dell’aria molto più bassa, poiché è immerso all’interno dello strato limite; questo riduce sicuramente la resistenza.
Ti sei mai chiesto perché siano installati due pantografi sopra una locomotiva?
A bassa velocità il treno può funzionare con un solo pantografo, ma a velocità superiori a 150 chilometri orari, i treni con un solo pantografo presentano un grosso problema.
Supponiamo che sia installato un solo pantografo e il treno viaggi in retromarcia ad alta velocità. Anche in questo caso, l’aerodinamica è il problema, causando vortici e aumentando la forza di resistenza sul treno.
Ecco perché, per il movimento in retromarcia del treno, è necessario un secondo pantografo con orientamento opposto.
Speriamo che questo video ti sia piaciuto! Grazie per la visione. Alla prossima!