Bibliografia

Pier Luigi MAGNANI, Guido RUGGIERI, Meccanismi per macchine automatiche,
Torino : UTET, 1986.

Pierangelo ANDREINI, Manuale dell'ingegnere meccanico,
Milano : HOEPLI, 2005.

Je MOTTERSHEAD, Michael FRISWELL, Finite Element Model Updating in Structural Dynamics,
Paesi Bassi : Springer, 1995.

J.P. MASSAT, J.P. LAINE, A. BOBILLOT, Pantograph-catenary dynamics simulation,
In “Vehicle System Dynamics”, 2006, Vols. 44, 1, pp. 551-559.

Y.H. CHO, Numerical simulation of the dynamic responses of railway overhead contact Lines to a moving pantograph, considering a nonlinear dropper,
In “Journal of Sound and Vibration”, 2008, Vol. 315, pp. 433-454.

Materiali

Il pantografo è un dispositivo usato per la captazione della corrente dalla linea di contatto degli impianti ferroviari. E’ costituito da un sistema articolato sul tetto della locomotiva e da un archetto munito di striscianti che sono a contatto con i fili della linea elettrica di contatto.

Il sistema articolato permette all'archetto di spostarsi liberamente nel piano verticale senza perdere il contatto con la linea aerea. Gli striscianti sono formati da barre di materiale conduttore come rame, acciaio, alluminio, carbone. Questi materiali portano ad un’ usura minima della linea e permettono una facile ed economica sostituzione. 

Contesto sociale

Gli anni 90 sono un periodo di passaggio da un passato ancora presente e un millennio che deve essere scoperto. Numerosi sono i cambiamenti, con alti e bassi, in cerca di una nuova via di benessere.
Un evento che segna questi anni è la scomparsa di Arpanet e la nascita del linguaggio Html, ancora oggi in uso. Nel 1991, il Cern (Centro europeo di ricerca nucleare) annuncia la nascita del prefisso “www” che permette l’accesso alla grande rete e al Centro di ricerca e sviluppo.
Un altro aspetto evidente dello sviluppo sociale è il passaggio dal diario “carta e penna”, al diario virtuale: il blog.

Contesto storico

Il brevetto di Marvin Garfinkle è stato realizzato a Philadelphia nel 1992, anno segnato da numerosi avvenimenti.

Nel 1991 l’URSS venne sciolta definitivamente. Terminata la Guerra Fredda, si riaccesero sanguinosi scontri etnici sedati per decenni da governi autoritari. Gli USA erano al momento la potenza militare dominante a livello mondiale e il Giappone, visto come il principale rivale economico, si trovava in un periodo di stagnazione. La Cina, al contrario, stava emergendo come suo principale competitore commerciale.

Nello stesso anno si effettuarono le elezioni presidenziali negli Stati Uniti d‘America, che videro la vittoria del democratico Clinton sul repubblicano Bush.

In Italia, il 1992 è il periodo di passaggio dalla Prima (1948-1992) alla Seconda Repubblica (1994-oggi). Nel biennio 1992-1994, i cambiamenti dello scenario politico sono stati particolarmente importanti; si parla dell’” Inchiesta Mani Pulite” o “Tangentopoli” dove venne scoperto un sistema di finanziamento illecito ai partiti politici in tutta Italia.

Inoltre la Prima Repubblica fu caratterizzata dal dominio assoluto della Democrazia Cristiana, mentre con la Seconda nacquero nuovi partiti come Forza Italia e Lega Nord.
Il 1992 è anche l'anno in cui la mafia usò l'esplosivo per uccidere Giovanni Falcone e Paolo Borsellino.

Nel settore della tecnologia, importante fu l’introduzione dei videogiochi, di un linguaggio di programmazione e degli ambienti di scrittura che determinarono il passaggio del computer da “tutor” (sostituto dell’insegnante) a “tool” (utensile) che supporta un processo di apprendimento.

Alcune parole significative

Electric locomotive: Locomotiva elettrica
Collector head: testa del collettore

Overhead conductor: conduttore aereo

Tracking: trascinamento

Conventional catenary electrification: l'elettrificazione convenzionale di catenaria

Catenary-electric traction: trazione elettrica-catenaria

Power: energia

Trolley-pole apparatus: apparato a carrello

Operation bidirectional: funzionamento bidirezionale

Unidirectional operation: funzionamento unidirezionale

Geometry of the apparatus: geometria dell’apparato

Electronically-tracking pantograph: pantografo di tracciamento elettronico

Physical restraints: restrizioni fisiche

Contact: contatto

Electric circuit: circuito elettrico

Servomechanical actuator: attuatore servomeccanico

I risultati finali

L'apparecchiatura a pantografo a tracciamento elettronico è progettata per alleviare la necessità di una costruzione di catenaria convenzionale. Questo scopo è raggiunto modificando fondamentalmente la geometria dell'apparato in modo che la testa di raccolta dell'energia ricalchi il conduttore aereo per ottenere:
a) inseguimento indipendente da eventuali carichi laterali sul conduttore;
b) utilizzo di conduttori convenzionali a contatto incrociato negli scambi senza la necessità di dispositivi di commutazione in testa;
c) assoluta compatibilità con il sistema di catenaria convenzionale.
L'apparecchio a pantografo di tracciamento deve essere pienamente compatibile con il sistema di elettrificazione a catenaria convenzionale, quindi non è consentito alcun dispositivo meccanico per guidare fisicamente la testa del collettore. Questa deve essere posizionata lateralmente per mantenere il contatto con il conduttore aereo indipendentemente dal grado di barcollamento, senza l'uso di restrizioni fisiche.

Pantografo ferroviario

Problematiche affrontate

TRATTE DAL BREVETTO (US5124510A)

Quasi tutte le nazioni industrializzate del mondo hanno un loro binario ferroviario elettrificato. Negli Stati Uniti invece i trasporti di merci (compreso il carbone) sono condotti con locomotive diesel-elettriche.
Questo perché i costi associati alla costruzione della catenaria convenzionale sono molto elevati, derivando dalla necessità di mantenere il conduttore in una posizione fissa rispetto alla linea centrale del binario.
Considerando un conduttore che serpeggia attorno alla linea centrale del binari, sarebbe possibile tollerare costruzioni molto più semplici e meno costose. Tuttavia, questo richiederebbe una sostituzione dell’apparato a pantografo con un apparato a carrello, che utilizza come collettore una ruota del carrello che segue fisicamente il conduttore aereo. I collettori a carrello sono però progettati per un funzionamento unidirezionale, inaccettabile per il funzionamento della locomotiva.

Pantograph wagon

Pantograph wagon (GCF)

Questa immagine è stata recuperata dal sito ufficiale della GCF (Generale Costruzioni Ferroviarie S.p.A) .
E' un'azienda nata nel 1950 da Luigi Rossi che si è sviluppata attorno al settore ferroviario, studiandone numerosi aspetti, tra cui anche l'elettrificazione.

Etimologia della parola

Dizionario etimologico

Il pantografo ferroviario

Brevetto (US5124510A)

Un  apparato a pantografo per una locomotiva elettrica (brevettato il 16-8-1990 da Marvin Garfinkle) è un dispositivo che capta l'energia elettrica da una linea aerea di contatto che si trova nella parte superiore di un veicolo ferroviario per alimentarne le apparecchiature elettriche.
L'apparecchiatura a pantografo è compatibile con l'elettrificazione convenzionale a catenaria.
Questo sistema di elettrificazione viene utilizzato per il funzionamento della linea principale con traffico intenso ed è utile per velocità dei treni anche superiori a 100 km / h. Il sistema è progettato per mantenere la posizione del conduttore sopraelevato elettrificato (da cui viene assorbita la corrente) in una posizione fissa rispetto alla linea centrale del binario.
Poiché la costruzione a catenaria convenzionale con conduttore aereo in posizione fissa al di sopra della pista, un apparato a pantografo relativamente semplice montato sul tetto di una locomotiva può essere utilizzato per attingere energia dalla catenaria aerea. L’ apparato è bidirezionale e il carico verso l'alto imposto dalla testa del collettore sul conduttore è indipendente dallo spostamento verticale.
Più  il sistema di elettrificazione è semplice, più complesso deve essere l'apparato di raccolta dell'energia.