FRENO
FRENO (XVI, p. 60)
La tendenza moderna alle alte velocità nei veicoli terrestri ha posto in primo piano il problema della frenatura. Mentre per veicoli destinati a circolare su via ordinaria non esistono condizioni limite ben determinate, essendo affidato al discernimento del guidatore il giudicare sull'opportunità di ridurre la velocità a seconda delle condizioni del piano stradale, del suo tracciato e delle condizioni d'ingombro, per i veicoli ferroviarî la velocità massima di circolazione è subordinata alla distanza dei segnali fissi della linea. Perciò, nei veicoli ferroviarî, un aumento di velocità oltre un certo limite può essere consentito solo dopo aver migliorata l'efficienza del freno.
In questi ultimi anni, i freni dei veicoli stradali non hanno subìto modificazioni di principio, e i perfezionamenti si sono limitati al campo costruttivo (v. automobile, in questa App., p. 319), mentre nei veicoli ferroviarî, i freni hanno subìto una profonda evoluzione.
È da notare che si è stabilmente affermato il freno a scarico graduale, quale il freno "Breda", ideato dagli ingegneri Fasoli e Diegoli e applicato in Italia, dalle Ferrovie dello stato. I freni di tale tipo sono particolarmente adatti per i percorsi in discesa, perché permettono di graduare a piacere l'azione frenante senza che ciò possa comunque esaurire il freno.
Il distributore Breda è rappresentato sezionato nella fig. 2. Il rubinetto d'inversione "merci-viaggiatori" permette di realizzare su d'un veicolo le condizioni di funzionamento richieste per i treni merci o per i treni viaggiatori. Per quanto il nuovo freno si possa manovrare con un rubinetto di comando di tipo normale si è sentita la necessità di equipaggiare le nuove locomotive con un rubinetto di comando dotato di caratteristiche di funzionamento adeguate alla necessità di far circolare treni con composizione fino a 200 assi.
La fig. 3 rappresenta una sezione del nuovo rubinetto di comando la cui manovra, da parte del macchinista, avviene come per i rubinetti di comando di vecchio tipo.
L'applicazione del freno continuo ai treni merci ha reso necessario munire i carri della cosiddetta frenatura del carico, senza la quale non sarebbe stato possibile fare circolare i treni sulle linee in forte discesa e sarebbe stato necessario limitarne notevolmente la velocità sulle linee di pianura.
La frenatura del carico si può ottenere con diversi sistemi; ma in generale la timoniera del freno viene predisposta in modo da realizzare due differenti rapporti di moltiplicazione: a) un rapporto più basso che viene utilizzato quando il carro è vuoto o ha un carico limitato; b) un rapporto più elevato che viene utilizzato quando il carico del carro supera un determinato valore. L'uno o l'altro dei due rapporti di moltiplicazione viene messo in presa all'atto del carico o dello scarico del carro, mediante manovra a mano. Questo sistema, per certe condizioni di carico dei carri, dà luogo ad una frenatura insufficiente nel caso di velocità dell'ordine di 120 km/ora. Si deve ricorrere in tal caso a sistemi di frenatura nei quali lo sforzo massimo realizzabile varia automaticamente col variare del carico. Una sistemazione del genere è indicata nel particolare della fig. 1, dove lo sforzo frenante si trasmette dal cilindro a freno ai ceppi a mezzo di una leva di primo genere, il cui fulcro ha una posizione che varia automaticamente col variare del carico.
Nel campo dei treni viaggiatori veloci le innovazioni mirano a rendere possibile l'adozione di sforzi frenanti molto elevati senza incorrere nello slittamento delle ruote. Poiché il coefficiente di aderenza è praticamente indipendente dalla velocità, mentre il coefficiente di attrito fra ceppi e ruote tende ad aumentare notevolmente nell'ultima fase dell'arresto (per vel. 〈 40 ÷ 50 km/h), l'adozione di sforzi frenanti molto elevati è subordinata alla necessità di ridurre sostanzialmente tali sforzi nella fase finale dell'arresto. Nella fig. 5 è rappresentata una apparecchiatura automatica che provvede a ciò. L'interruttore centrifugo, azionato da un asse, mantiene aperto o chiuso il circuito elettrico della valvola elettropneumatica, la quale predispone opportune comunicazioni tra le camere del trasformatore di pressione, in modo da impedire che nel cilindro a freno possa regnare una pressione elevata quando la velocità è inferiore ad un determinato valore. L'aumento di valore del coefficiente di attrito fra ruote e ceppi viene così controbilanciato da uno scarico parziale del cilindro a freno.
Nel caso di convogli assai veloci (150 ÷ 160 km/h) gli sforzi frenanti sono talmente elevati che si rasenta il rischio di slittamento, anche a velocità elevata, se per cause accidentali l'aderenza assume un valore inferiore a quello medio previsto. In questi casi è opportuno completare l'apparecchiatura ora indicata con speciali dispositivi automatici antislittamento consistenti in valvole di scarico rapido applicate direttamente ai cilindri a freno e comandate, con l'intermediario di una elettrovalvola, da interruttori ad inerzia applicati a ciascun asse. Allorché per un incipiente slittamento la decelerazione dell'asse supera il valore massimo prefissato, l'interruttore ad inerzia provoca la chiusura di un circuito elettrico e lo scarico rapido del cilindro a freno. Tale scarico cessa però istantaneamente non appena l'asse riprende la sua rotazione normale, e nel cilindro a freno viene allora subito ripristinata la pressione normale. Nella fig. 4 è indicata schematicamente un'apparecchiatura del genere.