Elettrotreno ETR.401 "Pendolino"

La tecnica

Il convoglio ad assetto variabile denominato ETR.401 “Pendolino”, nasce ufficialmente l’8 aprile 1976 con l’unione dei due semi elementi che lo compongono. In questo mezzo, unico nel suo genere, si concretizzano innovazioni tecnologiche sviluppate dalla FIAT Ferroviaria e dal Servizio  Materiale e Trazione delle FS ed esso rappresenta la vittoria Italiana sull’Europa per lo sviluppo dell’assetto variabile.

L’ETR.401 deriva direttamente dal prototipo della FIAT Y 0160/7199, sul quale sono stati messi a punto tutti i sistemi montati su di esso.

E’ composto da quattro elementi automotori, con rodiggio (1A) (A1) + (1A) (A1) + (1A) (A1) + (1A) (A1), a due a due indipendenti, dal momento in cui le apparecchiature ausiliarie sono suddivise tra due elementi contigui. I quattro componenti sono:

• due MP (motrici pilota) identiche tra loro e con a bordo la cabina di guida rialzata, vani di servizio per le apparecchiature sopra i carrelli, toilette e 45 sedili orientabili senso marcia disposti su tre file (2+1) più quattro sedili fissi a fine scompartimento ( totale 49 posti);

• due pezzi centrali (MA e MB) diversi tra loro, infatti la MA è uguale alle MP come numero di posti, ma non ha la cabina, mentre la MB ospita solo 24 passeggeri per far spazio al bar ed alla cucina.

Le casse dell'ETR.401 sono realizzate in lega leggera e soddisfano le specifiche della fiche  UNI 567, cioè resistono ad uno sforzo assiale di tamponamento pari a 150 tonnellate. La lega leggera assicura un minor peso complessivo ed una migliore finitura estetica indispensabile per l’aerodinamica del treno. La struttura segue delle linee semplici di realizzazione ma concettualmente nuove, che rastremano verso l’alto della cassa per non uscire di sagoma durante il pendolamento. Le cabine di guida sono protette da due roll-bar longitudinali collegati agli anelli del telaio sul primo carrello.

I carrelli dell’ETR.401 sono caratterizzati da eccezionali accorgimenti, ampiamente messi a punto sul prototipo Y 0160/7199. La loro struttura è sdoppiata in due semicarrelli a “T” uniti da un sistema di articolazioni che ne consentono l’adattamento agli sghembi del binario. Ciò riduce le vibrazioni impedendo che la molla della sospensione primaria più bassa si scarichi. Le sospensioni sono del tipo flexicoil che consentono di fare a meno del perno di rotazione e dei pattini di appoggio del telaio al carrello. Non essendoci punti di trasmissione meccanica di vibrazioni tra il carrello e il telaio, si ha una notevole riduzione dei disturbi a bordo con aumento sensibile del comfort di marcia.

Un’altra soluzione di notevole pregio, poi applicata a mezzi di più recente costruzione come l’ETR.500 e le carrozze Gran Confort, sono le sospensioni laterali attive, che contrastano l’inclinazione verso l’esterno della cassa dovuta alla forza centrifuga in curva, riportando in asse la cassa e il carrello. Questo riduce la sollecitazione sul binario dovuta alla spinta laterale e consente di aumentare l’accelerazione tangenziale non compensata del convoglio, mantenendo a valori accettabili il disturbo sui passeggeri e favorendo inoltre una migliore iscrizione in curva del carrello. La trasmissione degli sforzi di trazione e frenatura dal carrello alla traversa oscillante avvengono tramite uno speciale sistema elastico in gomma precompressa, posto longitudinalmente al carrello. Il tutto è circondato da ammortizzatori e smorzatori del rollio, del serpeggio e dei moti trasversali e verticali.

I motori di trazione non risiedono sui carrelli ma sono posti longitudinalmente sotto la cassa. La trasmissione del moto rotatorio all’asse di trazione avviene tramite un albero cardanico di tipo automobilistico e con un ponte a coppia conica. Il fatto di sistemare i motori nel sottocassa ha comportato dei vantaggi notevoli dal punto di vista della stabilità di marcia, infatti concentrando il peso verso l’interno della cassa si aumenta il suo momento di inerzia longitudinale (anche grazie all’effetto giroscopico delle masse rotanti) e si ha un comportamento oscillatorio migliore del complesso, con una minore interferenza con i moti del carrello. Inoltre i componenti elettrici dei motori sono sollecitati in maniera più lieve, non essendo direttamente montati sull’asse.

La parte elettrica di alimentazione dei motori non ha particolari accorgimenti, se non nel controllo dell’indebolimento di campo, che è a chopper e consente una fine regolazione della velocità di marcia, arrivando al 71% di shuntaggio. La tecnica usata è del tutto particolare in quanto il chopper non fornisce potenza all’eccitazione, ma regola la corrente nella bobina di shunt posta in parallelo agli avvolgimenti di eccitazione. In pratica funziona al contrario, in modo che se dovesse rompersi, avremmo comunque la possibilità di indebolire il campo. Questo tipo di regolazione del campo è unica nel suo genere e non ne dispone nessun altro rotabile.

L’avviamento è reostatico con a disposizione dei reostati di cuscinettamento che intervengono in caso colpo di corrente (slittamento di un asse). Anche la frenatura elettrica è reostatica e viene regolata tramite il chopper dell’eccitazione per l’indebolimento di campo. Il funzionamento può essere automatico o manuale da parte del macchinista. Un occhio di riguardo lo si è avuto per la frenatura, in quanto si è sperimentato il comando elettropneumatico dei cilindri dei freni. In altre parole un sistema di elettrovalvole è comandato da un commutatore elettrico in cabina di guida azionato dal comando di frenatura, di modo che tutti i cilindri frenino contemporaneamente e non in successione allo svuotarsi della condotta generale. Secondo i macchinisti del Pendolino il sistema non ha mai dato problemi, ma per precauzione esiste anche un freno di emergenza classico a portata di mano. Un sistema antibloccaggio dell’asse che interviene sui comandi di frenatura previene gli spiattellamenti delle ruote. Dulcis in fundo, l’ETR.401 ha un ulteriore freno che è però solo di emergenza: si tratta di due pattini elettromagnetici per carrello che se azionati aumentano di circa 2000 kg la forza verticale applicata al binario. Questo è l’unico rotabile ferroviario ad aver sperimentato i freni a pattino in Italia, ed è l’unico che li ha montati ed operativi. 

I servizi ausiliari sono alimentati da due motoalternatori (uno per unità binata) da 80 kVA a 380V 50Hz. Sono inclusi tra le utenze alimentate dal gruppo M.A. il chopper di shuntaggio del campo dei motori, il compressore dell’aria condizionata, il compressore dei freni e non ultimo il cuore del Pendolino: l’impianto pneumatico di rotazione della cassa.

La caratteristica più grande di questo incredibile ed unico mezzo ferroviario è il suo impianto automatico di regolazione in curva dell'assetto cassa. Frutto delle sperimentazioni su migliaia di chilometri percorsi con l’Y 0160/7199, questo congegno è stato sviluppato allo scopo di aumentare il comfort di marcia sulle tortuose linee italiane, abbassando, con la sua inclinazione, l’accelerazione tangenziale non compensata che agisce sui passeggeri. Facendo questo si è in grado di aumentare la velocità d’esercizio non gravando sul benessere dei viaggiatori, che subiscono al massimo l’accelerazione tangenziale di un treno normale. Lo smacco dato alle altre nazioni, che si sono infrante contro muri insormontabili alla ricerca di un efficace sistema di comando per la rotazione della cassa, sta nella geniale intuizione del gruppo di progettisti del Pendolino. Mentre tutti si basavano sull’uso di accelerometri per comandare il sistema, essi si basarono sul rilevamento giroscopico del tratto di raccordo di inizio e fine della curva. Cioè mentre gli altri intervengono a curva iniziata, il Pendolino capisce quando la curva sta per iniziare, percependo l’inizio della sopraelevazione della rotaia più esterna. Lo stesso accade in uscita di curva, seguendo la discesa fino al riallineamento della rotaia esterna con l’altra, e quindi raddrizzando la cassa.

Tecnicamente, la cassa è appoggiata su quattro pistoni oleodinamici fissati al telaio e azionati da un sistema pneumatico mantenuto alla pressione di 150 bar da una pompa, e comandato da due giroscopi montati sui carrelli. A ridosso delle valvole dei pistoni c’è un serbatoio di azoto da 32 litri che viene messo in pressione dall’olio dell’impianto. Questo serbatoio serve a spingere rapidamente il fluido nei cilindri e attuare la rotazione della cassa in tempi brevissimi. La rapidità di attuazione del movimento è fondamentale quando si viaggia ad alta velocità su un tracciato con curve e controcurve. Il valore della inclinazione massima dell’ETR.401 è di +/-10°, il che consente di contrastare una accelerazione tangenziale di circa 1.7 m/sec² , che sommata a quella normalmente sopportabile da una persona senza fastidio, cioè 0.8 m/sec² , dà una possibile accelerazione totale di 2.5 m/sec². Ciò significa un aumento del 35% della velocità in curva.

Il fatto che la cassa si inclina non consentirebbe al pantografo una corretta captazione dell’energia, mandandolo addirittura fuori dalla linea aerea. Esso è ancorato al telaio e non è soggetto a rotazione della cassa. Grazie ad una struttura a traliccio, posta negli spazi dove risiedono gli attuatori di rotazione, esso è completamente sospeso rispetto al tetto del veicolo e mantiene la perpendicolarità con il piano del ferro.