Laboratorio Esperienze Idrodinamiche - Il Carro Dinamometrico

Il carro dinamometrico è un “vagone” lungo 7 m, largo 9 m, alto 3.120 m, realizzato in tubolari di ferro a sezione quadrata, con un peso proprio di circa 10 t; otto ruote in acciaio, diametro 700 mm, cilindriche e senza bordini, accoppiate in quattro carrelli, scorrono su binari, del tipo a fungo piano levigato; il piano di scorrimento è parallelo alla superficie libera dell’acqua del bacino.
Due coppie di ruote perpendicolari a quelle di scorrimento si accoppiano nel moto alle superfici piane laterali del fungo di un binario, consentendo in tal modo di vincolare e obbligare il carro alla direzione del moto, evitando condizioni di sballamento. Ciascuna ruota è collegata mediante giunto cardanico e riduttore a un motore elettrico asincrono trifase, con rotore a gabbia, potenza di 30kW; la motorizzazione complessiva consente l’ottenimento delle seguenti caratteristiche dinamiche:

• Velocità massima in avanti: 10.0 m/s
• Velocità massima in ritorno: 4 m/s
• Accelerazione massima in avanti: 1 m/s2
• Accelerazione massima in ritorno: 0.5 m/s2
• Decelerazione massima in frenata: 3 m/s2

A bordo del carro è sistemata la sezione mobile dell’ impianto di alimentazione e controllo dei motori; essa risulta la parte più complessa dell’impianto poiché sovrintende alla traslazione del carro, all’azionamento dei propulsori, al governo dell’impianto di frenatura (interfacciamento con l’impianto esistente), all’alimentazione dell’impianto sospensioni, all’alimentazione dell’impianto generazione aria compressa ed alla movimentazione del telaio di sospensione dei modelli. Inoltre, all’impianto di bordo è demandata la funzione di interfacciamento con il conduttore del mezzo e con il sistema di acquisizione dei dati (DAQ).
Ogni motore ha un encoder a bordo e viene controllato da un inverter dedicato; le velocità dei singoli motori vengono continuamente confrontate con quella del carro, per prevenire slittamenti delle ruote. La posizione e velocità del carro viene rilevata da un encoder di precisione e aggiornata ogni mezzo millimetro di spostamento, quindi – a seconda della velocità - fino a ventimila volte al secondo.
L’intero sistema di controllo è gestito da un PLC avanzato. Le funzionalità operative implementate sono tali da assicurare operazioni di guida semplificate e sicure. Inoltre, tutti i componenti, con intelligenza a bordo, comunicano col PLC in tempo reale tramite rete ethernet, esente da disturbi. Qualsiasi malfunzionamento viene segnalato in tempo reale con l’intervento tempestivo delle sicurezze, delle routine di diagnosi e di ripristino Una console di comando, progettata e realizzata per le specifiche esigenze, rende facile e efficiente l’interfacciamento con il conduttore del mezzo e il controllo generale dell’impianto logico. Da essa, ogni corsa viene programmata impostando la velocità da raggiungere, le rampe di accelerazione e di decelerazione, per avere il massimo della corsa utile senza pregiudicare l’integrità del modello per le sollecitazioni in frenata.
Il mantenimento e la ripetibilità delle velocità delle singole corse, elementi essenziali nella sperimentazione, sono tali da contenere gli scarti sotto il mm/s. Il carro dinamometrico e tutti i suoi apparati vengono monitorati costantemente in remoto, via internet, dalla ditta costruttrice con possibilità di intervento, sempre in remoto, per la soluzione di anomalie, l’aggiornamento del software mirato anche al miglioramento delle funzionalità dell’impianto.