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ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA FERROVIÁRIA – ALL 2011

CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA FERROVIÁRIAENGENHARIA FERROVIÁRIA

CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA FERROVIÁRIAENGENHARIA FERROVIÁRIA

Fevereiro 2011Fevereiro 2011Fevereiro 2011Fevereiro 2011

ProfessorProfessor: Paulo Mauricio Costa Furtado RosaPaulo Mauricio Costa Furtado RosaProfessorProfessor: Paulo Mauricio Costa Furtado RosaPaulo Mauricio Costa Furtado Rosa

VAGÕES E SEUS SUBSISTEMASVAGÕES E SEUS SUBSISTEMASVAGÕES E SEUS SUBSISTEMASVAGÕES E SEUS SUBSISTEMAS


PROGRAMA GERAL:

1ª Parte – Vagões: Características Funcionais e de Projeto

2ª Parte – Truques: Principais tipos e componentes

3ª Parte – Engates: Principais tipos e componentes

4ª Parte – Sistemas de Freio: conjuntos pneumático e mecânico

5ª Parte – Dinâmica Ferroviária


1ª PARTE - VAGÕES 1ª PARTE - VAGÕES

CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS E DE PROJETOCARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS E DE PROJETO

1ª PARTE - VAGÕES 1ª PARTE - VAGÕES

CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS E DE PROJETOCARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS E DE PROJETO


ESCOPO GERAL - PROJETO :

Análise dos diversos tipos de vagões e suas diferenças básicas:

• Vagões Fechado

• Vagões Gôndola

• Vagões Plataforma

• Vagões Hopper

• Vagões Tanque• Vagões Especiais

• Classificação pela norma brasileira ABNT

• Características de projeto entre AAR e UIC


PROJETO DE VAGÕESPROJETO DE VAGÕES

Vagões UIC :

Forças de tração nos ganchos centrais

Forças de compressão nos batentes laterais

Baixa carga por eixo ( máximo de 20 t)

Trens de pequeno comprimento ( 40 vagões)

Velocidade mais alta (120 km/h)

TT

C C

T T

CC

Vagões AAR :

Forças de tração nos engates centrais

Forças de compressão nos engates centrais

Alta carga por eixo ( máximo de 35 t)

Trens de grande comprimento ( 200 vagões)

Velocidade mais baixa (60 km/h)

Fotos PMCFR


Para se definir com precisão um tipo de vagão necessitamos:

* Tipo de produto a ser transportado (grãos, minérios, líquidos, ensacados, etc);

* Tipo de terminal de carga e descarga (car-dumper, pontes, correias, etc);

* Tipo de proteção exigida pelo cliente final (intempéries, temperatura, etc);

* Condições geométricas e operacionais das ferrovias nas quais ele irá circular;

* Interação com os demais veículos existentes nas frotas de seu proprietário;


Proteção contra intempéries

Estrutura de inércia constante

Revestimento interno VAGÕES FECHADOSVAGÕES FECHADOS

Foto PMCFRCarga e descarga laterais oueventualmente por escotilhase tremonhas de fundo


FMFM

FH / FFFH / FF

Fotos PMCFR

FSFSFRFR

FLFL


VAGÕES GONDOLASVAGÕES GONDOLAS

Cargas sem proteção por cobertura

Estrutura definida pelo tipo de material ( minério – alta densidade)Projeto deve contemplar ganho

real de tara x peso bruto máximo

Foto Amsted-Maxion


GHGH

GBGB

Fotos PMCFR

GFGF

GPGP


VAGÕES PLATAFORMASVAGÕES PLATAFORMAS

Estrutura com inércia variável

Multiplicidade de cargas

Facilidade de carga e descarga

Podem ser singelos ou articulados

Foto PMCFR


PCPC

PE / PDPE / PD

PPPP

PQPQ

Fotos PMCFR


Carga superior

Descarga Inferior

Fundo rampado

Pode possuir proteção interna dependendo do tipo de carga

VAGÕES HOPPERVAGÕES HOPPER

Foto PMCFR


HFHF

HPHP

HTHT

HAHA

Fotos PMCFR


VAGÕES TANQUESVAGÕES TANQUES

Carga superior

Descarga por válvulas de fundo

Estrutura auto-portante

Corpo cilíndrico para baixa ou alta pressão

Foto PMCFR


TSTS

TPTP TGTG

TCTC

Fotos PMCFR


VAGÕES ESPECIAISVAGÕES ESPECIAIS

Podem possuir mecanismos especiais

Possuem estrutura projetada para serviços específicos

Grande preocupação com a fadiga estrutural

Foto Cobrasma


PROJETOPROJETO – PONTOS RELEVANTES A CONSIDERAR:– PONTOS RELEVANTES A CONSIDERAR:Busca permanente de redução de custos de fabricação e manutenção (novas técnicas de integração de componentes, perfilados estruturais, “desespecificação”, etc.

Procurar a melhor relação custo x benefício para o sistema como um todo (algumas vezes o mais caro no início pode ser o mais barato no final).

Reduzir tara porém com responsabilidade estrutural (buscar trabalhar nos coeficientes de segurança).

Projetar o vagão como um sistema de componentes interligados a outros existentes nas instalaçõesdos clientes e de forma simultânea com sua equipe técnica (trabalho integrado = sucesso).

Projetar com “olhos de manutenção” (não ter “teimosia técnica”). A escolha certa para um sistema nem sempreé igual para todos.

Nunca subestimar os esforços aos quais os vagões estão submetidos (vagão não é caminhão!!)

Valores de cargas em projeto: tração = 160.000 kgf

compressão = 450.000 kgf

impacto = 570.000 kgf


Softwares usados atualmente no cálculo de vagões:Softwares usados atualmente no cálculo de vagões:


TENDÊNCIAS DE EVOLUÇÃO

Foto PMCFR


Estruturas treliçadas e uso de materiais alternativos

TENDÊNCIAS DE EVOLUÇÃO


VAGÕES ESPECÍFICOSVAGÕES ESPECÍFICOS

Foto PMCFR


Vagões para sal, açúcar, fertilizantes

Vagões otimizados para linhas de baixo suporte


Tanques de grande capacidade


Vagões com sistemas de descarga automáticos


2ª PARTE – TRUQUES2ª PARTE – TRUQUES

PRINCIPAIS TIPOS E COMPONENTESPRINCIPAIS TIPOS E COMPONENTES

2ª PARTE – TRUQUES2ª PARTE – TRUQUES



Foto Amsted-Maxion


Principais funções dos truques:Principais funções dos truques:

1- Suportar as cargas verticais das caixas1- Suportar as cargas verticais das caixas

2- Promover a estabilidade em circulação2- Promover a estabilidade em circulação

3- Amortecer as vibrações 3- Amortecer as vibrações

4- Receber os impactos oriundos da via4- Receber os impactos oriundos da via

5- Ser o elemento de interface roda x trilho5- Ser o elemento de interface roda x trilho

Hoje se admite serem os truques os mais complexos elementos de um vagãoHoje se admite serem os truques os mais complexos elementos de um vagão


TRUQUES TRUQUES –

Estrutura fundida resistente (H)

P/2 (metade da lotação)P/8

P/8

P/8

P/8As peças fundidas proporcionam maiorfacilidade na variação das seçõestransversais resistentes.


Cunhas de fricção

Amortecimento constante Amortecimento variável

TRUQUES TRUQUES – Sistemas de amortecimento de vibrações


1- molas das cunhas2- cunhas de fricção3- coluna das laterais

Bolsa das cunhas


Cunha de fricção do tipoBLOCO ÚNICO (Ride Control / Ridemaster / Barber S2A / Super Service)

Cunha de fricção do tipo BI-PARTIDO ( Barber S2HD / Barber S2E)

Fotos Amsted-Maxion


Trabalho da cunha de fricção

Molas da suspensão

No capítulo de dinâmica iremosobservar como otimizar estes componentes para gerar maiorestabilidade aos truques


TRUQUES TRUQUES – Sistemas de suspensão

A suspensão dos truques é feita por pacotes demolas helicoidais de compressão, com constantescalculadas para suportar as cargas verticais semque a estrutura dos truques e vagões seja afetada.

Cada pacote de molas é formado por uma quantidade de molas externas e internas, asquais trabalham harmonicamente no sistemade amortecimento.

Atualmente, os projetistas de vagões já estãoestudando o uso de molas de duplo curso, ou seja,Quando o vagão está vazio, ele se apoia somentenas molas internas do pacote. Quando o vagão está carregado, ele se apoiará em todas as molas do pacote.

Foto Molas Aço


P/8

P/8

P/8

P/8

Pelos rodeiros passam as cargasa serem descarregadas na via.Daí a importância de seu projeto.

TRUQUES TRUQUES – Sistemas Rodantes: Rodeiros


Rodas

Eixos

Rolamentos e adaptadores

TRUQUES TRUQUES – Sistemas Rodantes: Rodeiros


MOVIMENTAÇÃO LATERAL

CENTRO DE MASSA

TENDÊNCIA DE CENTRALIZAÇÃO

1 : 20

Conceito de inclinação das rodas


Carga lateralaplicada pelo trilho ao friso.

Tensão gerada no disco pelo contatolateral roda x trilho

O perfil das rodas tem a tendência de carregar o disco quando do contato dosfrisos contra os trilhos. Grande cuidado deve ser tomado para evitar que estaconcentração de esforços não gere fadiga antes do limite de uso das rodas.

Além de serem dimensionadas para as cargas verticais P/4, as rodasIgualmente necessitam resistir às cargas transversais:


1

MNMX

X

Y

Z

ck36maxtest V1=35000lb L1=15000lb

-27748-22985

-18221-13458

-8695-3931

8325595

1035915122

NODAL SOLUTION

STEP=1SUB =1TIME=1SX (AVG)DMX =.034526SMN =-124841SMX =74162

Quadro de tensões devidas ao contato lateral roda x trilho


Fluxo do aço Fluxo de arcomprimido

Roda em formação

RODAS FUNDIDAS


Rolos de Forjamento

Roda em Formação

RODAS FORJADAS

Foto MWL


Máximo Esforço Cortante

P/8Sede de roda

Sede de rolamento (manga de eixo)

Área central

Regiões mais críticas dos eixos (fadiga)

EIXOS


D

L

Mangas de eixo: D x L

Indicam a capacidade de carga máxima por eixo

3.3/4” x 7” = 7,5 t / eixo

4.1/4” x 8” = 12 t / eixo

5” x 9” = 16 t / eixo

5.1/2” x 10” = 20 t / eixo

6” x 11” = 25 t / eixo

6.1/2” x 12” = 30 t / eixo

6.1/2” x 9” = 32,5 t / eixo

7” x 12” = 35 a 37,5 t / eixo

A

B

C

D

E

F

F

G

O

P

Q

R

S

T

T

U

1,00 1,60

ROLAMENTOS


O contato roda x trilho

Rolamento

Adaptador

Pedestal da lateralP / 8

Os adaptadores promovem a distribuição adequada das cargas sobre os roletes internos dos rolamentos

ADAPTADORES


AMPARA-BALANÇOS

Os ampara balanços são componentes importantíssimos na estabilidade dos vagões em movimento, podendo causar sérios acidente caso não estejam regulados adequadamente.

Oscilação lateral

Impactos alternados sobre as travessas

Hoje existem vários projetos para estescomponentes, sendo os mais usuais osampara-balanços de contato constante


AMPARA-BALANÇOS

Rolos com folga Castanha com folga

Contato Constantecom molas internas

Contato Constante com elastômeros


A timoneria dos truques ébasicamente composta por:

2 Triângulos de freio1 Alavanca viva1 Alavanca morta1 Setor de graduação1 Barra de compressão

TIMONERIA DOS TRUQUES

As timonerias variam em função da instalação de freio montada nas caixas dos vagõese pode-se dizer que é uma extensão desta para a aplicação da força de frenagem sobreas rodas, como veremos no capítulo da instalação de freio.


A

B

C

D

I

G

H

EF

J

K

TRUQUES 1,60m

Mangas A B C D E F G H I J Kde eixo (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (graus)

4.1/4"x 8" 1676 838 705 305 1397 2147 140 89 743 29 115"x 9" 1676 838 705 305 1397 2147 146 89 743 29 11

5.1/2"x10" 1676 838 705 305 1397 2147 146 89 743 29 116"x 11" 1727 838 705 356 1397 2172 130 89 743 35 11

6.1/2"x 12" 1778 (2) 914 705 406 (1) 1397 2197 146 89 803 35 117"x 12" 1828 965 705 406 1397 2197 124 89 787 50 16

Notas: (1) A dimensão D nos truques da MRS é de 381mm.(2) Os truques 6.1/2" x 12" da EFC possuem as mesmas dimensões gerais dos truques 7" x 12".(3) As dimensões C,G,I e H são referentes ao vagão vazio com rodas novas.


A

BC

D

I

G

H

EF

J

K

TRUQUES 1,00m

Mangas A B C D E F G H I J Kde eixo (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (graus)

4.1/4"x 8" 1575 743 (1) 562 305 1016 1500 124 89 638 29 145"x 9" 1575 743 (1) 562 305 1016 1500 124 89 638 29 14

5.1/2"x10" 1575 743 (1) 562 (2) 305 1016 1524 124 (3) 89 638 (4) 29 146"x 11" 1727 838 591 356 1016 1549 130 89 742 35 11

6.1/2"x 9" 1727 838 598 356 1016 1549 137 89 748 35 11

Notas: (1) A dimensão B nos truques da EFVM é de 762mm.(2) A dimensão C nos truques da EFVM é de 555mm.(3) A dimensão G nos truques da EFVM é de 134mm.(4) A dimensão I nos truques da EFVM é de 648mm.(5) As dimensões C,G,I e H são referentes ao vagão vazio com rodas novas.


TRUQUES : TENDÊNCIAS

A tendência para os próximos anos, é para o aumento de uso dos chamados truquesPREMIUM, ou seja, definidos especificamente de acordo com as ferrovias usuárias.Nesta classe, se destacam os truques radiais e com suspensões variáveis.


Molas de duplo estágio

Fundidos mais leves

Cunhas re-projetadas

Ampara Balançoscontato constante

Adaptadores Especiais

Rolamentosde alta performance


TRUQUES CONVENCIONAIS• grande desgaste de friso• alta resistência ao movimento• elevado consumo de combustível• velocidades mais baixa

TRUQUES RADIAIS• pequeno desgaste de friso• maior vida útil dos componentes• facilidade de inscrição nas curvas• maior velocidade operacional• eliminação do efeito “hunting”


TRUQUES RADIAIS

Adaptador

Limitadores laterais

Apoio de borracha

Foto Amsted-Maxion


3ª PARTE - ENGATES 3ª PARTE - ENGATES


3ª PARTE - ENGATES 3ª PARTE - ENGATES



ENGATES - Famílias

Engates tipo E

Engates tipo F

Engates tipo E/F


ENGATES:

Montagem típica

Foto PMCFR


Reforço do pião

Batente traseiro

Mesa superior da viga centralEspelho

Base de apoio do engate

Batente Dianteiro

Prato Pião

ENGATES: extremidade da viga central


Típica montagem de um conjunto do tipo EFoto PMCFR


Características desta montagem:

A- Uso de chaveta horizontal que limita o giro lateral em apenas 7º.B- Base de apoio do engate é fixa e rígida.C- Folga superior com o espelho é menor.D- Alinhamento entre engate, braçadeira e rasgo da viga é fundamental.E- Maior dificuldade de nivelamento do engate em caso de empenos da ponta da viga.F- Montagem da chaveta, com aparelho pré-encurtado, não deve exigir pancadas. G- Fundo da haste do engate é reto, não permitindo movimentos laterais com o ACT já expandido na bolsa padrão.H- Distância entre cabeça do engate e espelho deve ser de 95mm.

ENGATES: O projeto dos engates tipo E:


•Quando há tração, o engate puxa a braçadeira pela chaveta, comprimindo o aparelho contra os batentes dianteiros.

•Quando há compressão, a cauda do engate empurra a cruzeta contra o aparelho de choque, comprimindo-o contra os batentes traseiros.

•Na posição de repouso, a pressão exercida no final da haste pela chaveta, propicia a ocorrência de centralização do engate.

Nota: Na troca da chaveta em oficina, estando oaparelho aberto, a retirada e colocação não estáfacilitada pela pressão exercida pelo final dahaste do engate.

Bolsa padrão

TRAÇÃO

COMPRESSÃO

REPOUSO

OPERAÇÃO:


O uso mais freqüente dos engates do tipo E é em vagões de carga geral, o que é o mesmo que dizer em serviços de trem não unitário. Como nos engates do tipo E nãoexistem travadores laterais (“interlockings”) seu uso é recomendado pela liberdade demovimentação vertical necessária nos pontos da via onde hajam desníveis. Uma vezque as suas bases de apoio nos espelhos são rígidas, evita-se com esta liberação de movimento o aparecimento de trincas nestas bases junto às laterais dos espelhos.

É importante destacar que a diferençaentre dois engates será permitida por umaquestão de segurança operacional e queesta ocorrerá em pontos específicos davia permanente. Isto significa que ambos têm que circular o mais alinhados possível,dentro dos limites permitidos para a cargade ruptura nas mandíbulas.


Típica montagem de um conjunto do tipo F

Foto PMCFR


ENGATES: O projeto dos engates tipo F:

Características desta montagem:

A- Uso de pino vertical que amplia o giro lateral para 13º.B- Base de apoio do engate é flexível em função dos “interlockings” laterais.C- Folga superior com o espelho é maior que a dos engates tipo E.D- Alinhamento entre engate e braçadeira da viga mantém-se importante.E- Maior facilidade de nivelamento do engate em caso de empenos da ponta da viga.F- Montagem dos pinos, com aparelho pré-encurtado, é mais difícil nos rotativos. G- Fundo da haste do engate é curvo, permitindo movimentos laterais com o ACT já expandido na bolsa padrão.H- Distância entre cabeça do engate e espelho deve ser mantida em 95mm.


O uso mais freqüente dos engates do tipo F é nos longos, pesados e lentos trens tipounitário, onde a estabilidade é fundamental para uma boa operação ferroviária.O engate F através de seu travamento lateral (“interlocking”) não permite o movimentovertical entre as cabeças, aumentando a proteção contra desacoplamentos indesejáveiscom a conseqüente paralisação dos trens.

Não sendo possível a movimentaçãoentre as cabeças F, necessário se fazque a base dos espelhos seja flexível.

Embora mais segura, esta opção iráexigir uma folga maior entre o topo doespelho e a cauda do engate

Nota: Um maior controle de montagemé muito importante para evitarmos quea natural diferença entre engates venhaa geral quebras nas caudas ou mesmonas mandíbulas dos engatesFoto PMCFR


Condições de aplicação dos carregamentos:

Pressão das molas

Compressão

Tração

É importante verificar que em função dos engates do tipo F não possuíremmovimento relativo entre 2 cabeças acopladas, a base do apoio flexível exerceuma força vertical que deve ser considerada na análise.

Ainda, em função do furo oblongo das caudas e das superfícies em ângulo dasparedes de contato com o pino, ora pode haver aplicação na parte superior, orana parte inferior deste.


BRAÇADEIRAS:

Nota: Cotas assinaladas são críticas.Y 40 (engates E)


BRAÇADEIRAS:

Nota: Cotas assinaladas são críticas.Y45 (engates F)


Vamos mencionar apenas os três modelos mais usados, sendo que todos eles têmprojeto baseado na absorção da energia por atrito de seus componentes internos,somados às características das molas que também auxiliam neste trabalho e que promovem a recuperação de posição inicial.

Sempre e bom lembrar que os aparelhos de choque e tração absorvem energia,impedindo que impactos danosos à estrutura dos vagões causem quebras e / ouacidentes. A parte da energia aplicada quando de um acoplamento é recebida nascunhas, placas, etc., transformando-a em calor gerado pelo contato interno. Fica evidente que ao gerar tal atrito também é gerado um encroamento das áreas quesão tratadas termicamente, o qual evolui para uma espécie de descascamento o qualreduz a capacidade dos aparelhos.

Os APARELHOS DE CHOQUE E TRAÇÃO seguem a duas especificações básicas:

AAR M-901-E: para vagões de PBM acima de 100.000 kg(Mark 50)

AAR M-901: para vagões abaixo deste limite (A22XL e NY11F)


APARELHOS DE CHOQUE E TRAÇÃO:

Aparelho do tipo MARK 50

Bloco de atrito

Bloco de amortecimento e retorno


As curvas de absorção dos aparelhos dechoque e tração são normalmente levantadasem um dispositivo de teste chamado de

MARTELO DE QUEDA

Os martelos de queda, aplicam cargas verticaisSegundo uma orientação dada na norma AARM-901-B, na qual uma quantidade de energiapotencial tem que ser absorvida pelos aparelhossegundo suas curvas de rendimento, para dartotal garantia de que uma parte dos impactos nãoserão transferidos para as estruturas e outroscomponentes do sistema, como mandíbulas, pinos,chavetas, braçadeiras, etc.

aparelho

Aparelhos novos são testados em 5% do lote totalproduzido enquanto que aparelhos recondicionadosdevem ser 100% testados.

Foto ASF-K


Outro importante teste usado principalmente nos EUA é o impacto instrumentado.Este teste é realizado em um campo preparado especialmente preparado para mediros esforços de impacto de um vagão sobre o outro e quanto sua estrutura recebe deenergia não absorvida pelo aparelho de choque.

“Strain gages” na estrutura

Registro de absorção dos ACT

Vagão freiado e com PBM

ESQUEMA DO TESTE


Como escolher a capacidade do aparelho para um vagão?

A escolha do melhor aparelho irá depender do serviço e esforços que ele venha aReceber em operação. Estes esforços dependem de diversos fatores, sendo os maisImportantes relacionados a seguir:

A- Peso Bruto MáximoB- Velocidade de acoplamentoC- Quantidade de vagões na composiçãoD- Inclinação e comprimento das rampasE- Taxas de frenagem

É muito importante lembrar que caso venhamos a escolher um aparelho que trabalheacima de sua capacidade de absorção de energia, parte dos esforços provocará umadeformação não só nos componentes dos aparelhos com também afetará a vida útilda viga central do vagão. Caso este vagão esteja transportando cargas que possamincrementar estes impactos, haverá uma constante indicação de danos em toda a parteda bolsa padrão (batentes dianteiros e traseiros), parafusos de fixação dos pratos depião, centro de pião das travessas dos truques, dentre outros.


ENGATES: NOVAS TENDÊNCIAS:

Assim como todos os demais conjuntos dos vagões, o sistema de choque e traçãoVem passando por uma série de avanços que sem dúvida terão enorme importânciaNo amortecimento dos grandes esforços longitudinais que vêm sendo incrementadosPelo comprimento e peso dos trens.

Dentre estes avanços vamos indicar os mais representativos:

A- Aparelhos desenvolvidos para ação vazio – carregado;

B- Aparelhos para folga reduzida;

C- Aparelhos de atrito com material resiliente em vez de molas;

D- Aparelhos mistos desenvolvidos e otimizados conforme a ferrovia;

E- Aparelhos hidráulicos para vagões com cargas especiais;

F- Hastes sem folga para unidades duais


Aparelhos desenvolvidos para ação vazio – carregado:

Aparelhos “Twin-Packs” de dupla função

(braçadeira e aparelho em um só componente)

C

T


Aparelhos para folga reduzida:

calço fundido

pacote amortecedor

braçadeira Y45

Aparelho desenhado para reduzir as folgas que normalmente são ampliadas comos aparelhos normais. Pode ser usado nos vagões existentes.

Foto ASF-K


Aparelhos de atuação hidráulica:

Aparelhos de capacidade equivalente aos definidos pela AAR M-901-E

Foto ASF-K


Hastes sem folga:cunhas de atrito

haste do engate

contato justo entre pino e adaptador interno

cunha de ajuste pontos de controlecom a cunha de ajuste


4ª PARTE – SISTEMAS DE FREIO 4ª PARTE – SISTEMAS DE FREIO

CONJUNTOS PNEUMÁTICO E MECÂNICO CONJUNTOS PNEUMÁTICO E MECÂNICO

4ª PARTE – SISTEMAS DE FREIO 4ª PARTE – SISTEMAS DE FREIO

CONJUNTOS PNEUMÁTICO E MECÂNICO CONJUNTOS PNEUMÁTICO E MECÂNICO


FREIOS: Pequena atualização do princípio de funcionamento

O propósito básico de funcionamento de um sistema de freio ferroviário é o controle da velocidade dos trens, provendo vagões e locomotivas de uma formaadequada de parada dentro dos limites operacionais determinados.

No caso específico dos vagões de um trem, o sistema de freio precisa estar projetado de forma a manter todo o comboio equilibrado nas rampas, sem causarqualquer dano às rodas ou ao equilíbrio do conjunto como um todo. Isto se torna mais crítico quando trabalhamos com trens longos e muito pesados, onde a inércia provoca uma aceleração natural pelo efeito da gravidade.

Desta forma, o projeto de definição do sistema precisa estar totalmente acertado coma área operacional da ferrovia, para limitar a circulação de vários trens bem como assuas distâncias de parada dentro dos blocos de sinalização especificados.

Assim, podemos dividir o sistema de freios de um vagão em dois conjuntos básicos:

1.1 – Conjunto Pneumático, formado por válvulas, cilindros, reservatórios, etc.

1.2 – Conjunto Mecânico, formado pelo freio manual, pela timoneria e seus componentes.


ESQUEMA GERAL DA INSTALAÇÃO

VÁLVULA

RESERVATÓRIO

CILINDRO

AJUSTADOR DE FOLGAS RETENTOR

TIMONERIA DO TRUQUE

SAPATAS DE FREIO

FREIO MANUAL

EXCÊNTRICO

ENCANAMENTO GERAL

TIMONERIA DA CAIXA

ALAVANCA VIVA

ALAVANCA MORTA

BARRA DE COMPRESSÃO

TRIÂNGULO DE FREIO


O conjunto pneumático de freio, composto pelo chamado “car-set” de componentes,trabalha com o ar comprimido proveniente do encanamento geral de cada vagão (vindodo compressor da locomotiva), tendo como seu ponto chave a válvula operacional de freio.

O trabalho exercido pela válvula, reagindo à queda de pressão no encanamento geral,ou ao seu recobrimento, chega ao cilindro de freio ocupando sua câmara interna, agindosobre o êmbolo, empurrando-o para frente, e acionando então a timoneria até que a força de frenagem atinja as rodas.

No esquema funcional à seguir está uma representação de como o ar encaminhado pelo compressor da locomotiva chega ao cilindro de freio. Nesta animação, fica claro oprincípio de funcionamento em todas as situações possíveis de trabalho, desde a aplica-ção de serviço, até a ocorrência de uma aplicação de emergência, onde a força de freioé aumentada em 20%, em função da válvula utilizar todo o ar comprimido existente nas duas partes do reservatório (serviço e emergência).

FREIOS: CONJUNTO PNEUMÁTICO


SISTEMA SIGELO: Nesta opção de projeto, o sistema pneumático é independente em cada vagão.

Exemplos de sistemas de freio:

VálvulaVazio-Carregado

Retentor deControle deAlívio

Válvula de freio

Reservatório Equilibrante

Coletor de Pó

Cilindro de freio 1

Tê de ramal

ESQUEMA:

Foto PMCFRReservatório


UNIDADE – DUAL: Um só sistema pneumático, comandado pela mesma válvula, controla uma dupla de vagões.

Exemplos de sistemas de freio:

VálvulaVazio-Carregado

Retentor deControle deAlívio

Válvula de freio

Reservatório Equilibrante

Coletor de Pó

Cilindro de freio 1Cilindro de freio 2

Tê de ramal

ESQUEMA:

PrincipalComplementar Foto Amsted-Maxion


FREIOS: CONJUNTO MECÂNICO:

O conjunto mecânico do sistema de freio, também chamado de timoneria de freioe formado por alavancas, tirantes, suportes, corrediças, etc, é o responsável pelamultiplicação e transmissão da força de frenagem para as rodas. Como os cilindrospossuem diâmetros padronizados e a pressão no encanamento geral varia de 70 psi a 110 psi, a timoneria dá ao projetista a liberdade de criar uma disposição que tenha con-dições de controlar o trem da maneira mais eficiente e econômica.

Visualização do princípio de trabalho da timoneria:

Para que o sistema esteja em equilíbrio :

F0 x A = F1 x B

Logo, para se conhecer o valor de F1 teremos:

F1 = F0 x A / B

F0

F1

A

B

cilindro

ponto fixo

ar comprimido


Exemplo de uma timoneria de freio da bitola métrica:

Notações: F0 = força no cilindro de freio Fn = forças em cada componente A e B = furação das alavancas

F3

F4 Triângulos e sapatas

Setor de graduação Setor de graduação

Ponto fixo

(

(

(

(

)

)

)

)


Para que se possa calcular uma instalação de freio é necessário que se considerealguns parâmetros importantes, apresentados na fórmula a seguir:

Ft = F0 x R x n onde

Ft = força total de frenagem sobre as 8 rodas do vagão

F0 = força no cilindro de freio após uma aplicação de serviço total

R = relação de multiplicação das timonerias da caixa + truque

n = rendimento esperado da timoneria (perdas do sistema)

NOTA: A força total no cilindro poderá variar para as condições de vagão vazio ou carregado com a utilização de um dispositivo comutador que atuando sob o abaixamento das molas do truque direcionará mais ou menos pressão para a câmara interna do cilindro.


Como chegar à força que é feita pelo cilindro ?

Pressão no encanamento geral do vagão

Pressão no encanamento geral do vagão: 90 psi (6,327 kgf / cm²)

Pressão de equalização no cilindro para aplicação de serviço: 64 psi (4,499 kgf / cm²)

Área interna do cilindro 10” x 12” (usado em 90% da frota) : 78,54 in² (506,70 cm²)

Força no cilindro = Pressão de equalização x Área de contato do cilindro

F0 = 4,499 kgf / cm² x 506,70 cm²

F0 = 2.279,64 kgf

F0 = 2.280 kgf (força a ser considerada nos cálculos)

analisando


E a relação de alavancas ? Como definir com exatidão o seu valor ?

I – A força que chega a um dos truques tem que obrigatoriamente ser igual à força que chega ao outro truque para que não haja perigo de um frear mais que o outro;

II – Deve-se fazer uma análise de movimentação da timoneria para entender todos os seus pontos fixos assim que as sapatas toquem e freiem as rodas;

III – A timoneria dos truques deve ser aquela padronizada pela ALL para seus vagões de bitola 1,00m, tendo alavancas que sempre produzirão a mesma multiplicação, mesmo que os truques existentes sejam substituídos nas revisões;

IV – A timoneria deve ser a mais simples possível pois quanto mais articulações ela tiver mais perdas serão somadas, fazendo com que a eficiência do sistema seja reduzida. Este ponto é chamado de rendimento, a ser visto mais a frente.

FREIOS: TIMONERIA

V – A relação total de multiplicação de uma timoneria é devida às multiplicações das timonerias da caixa e dos truques.


F0 x ( A + B ) = F1 x B F1 = F0 x ( A + B ) / B

F2 x ( A + B ) = F1 x A F2 = F1 x A / ( A + B ) então

F2 = F0 x ( A + B ) x A

B ( A + B )

F2 = F0 x A

B

RELAÇÃO CAIXA:


(força em um triângulo)

RELAÇÃO TRUQUE:

F2 x 254 = F3 x 127 F3 = F2 x 254 / 127

F4 x 254 = F3 x 381 F4 = F3 x 381 / 254

F4 = F2 x (254 / 127) x (381 / 254) F4 = F2 x 3

Em 4 triângulos teremos: F4 = F2 x 3 x 4 F4 = F2 x 12

Então, a relação padrão dos truques de bitola 1,00m = 12

F2

F3 F4


Para obter a relação final de alavancas do sistema teremos:

Ft = F0 x R x n

R = (A / B) x 12

Parte da relação para as alavancas da caixa

Parte da relação para as alavancas dos truques

Por esta igualdade nós podemos concluir que como sempre estaremos trabalhando numa relação fixa para os truques de bitola 1,00m, padrão da ALL, com multiplicaçãototal para o vagão igual a 12, nossa atenção deverá estar focada na quantidade de alavancas da caixa. Quanto maior a quantidade destas alavancas mais teremos frações de multiplicação ou divisão da força inicial do cilindro de freio. Como também veremos a seguir, esta quantidade de alavancas igualmente influirá na eficiência do sistema.

IMPORTANTE:


A eficiência da timoneria esta baseada em dois pontos fundamentais:

• A compilação feita em vários testes de distância de parada para um coeficiente de atrito sapata x roda conhecido ou muito próximo dos valores obtidos nos laboratórios com o uso de dinamômetros;

• A complexidade do projeto da timoneria, onde haja a necessidade de uso de muitas alavancas na caixa antes de se chegar aos truques;

Assim, após várias análises estatísticas a ABA – Air Brake Association – EUA, podeconcluir que para uma parada segura, sem impactos considerados como perigosos e dentro dos limites de distância aceitáveis à operação de trens mistos, onde vários projetos de timoneria podem coexistir, os cálculos deveriam levar em conta um valorde eficiência que varia entre 60% e 80%, ou seja, com perdas de 20% a 40%.

Um valor médio a ser adotado será 70% de eficiência, sempre tendo em mente que muitas alavancas poderão diminuir este valor e que poucas poderão aumenta-lo.

PORTANTO:


Já sendo conhecido o modo de identificar o funcionamento do conjunto pneumático,a força gerada no cilindro de freio para uma aplicação de serviço total e o rendimentodo projeto da timoneria, será preciso agora entender o que vêm a ser as taxas de frenagem e sua real importância no controle dos trens.

A taxa de frenagem representa a porcentagem de força a aplicar sobre as rodas dosvagões para parar o trem nas distâncias pré-estabelecidas e também para equilibrar osmúltiplos choques que ocorrem nos trens durante uma viagem.

Assim, para um sistema simples, ou seja, sem vazio-carregado as taxas serão:

Tc = Ft / PBM (carregado)

Tv = Ft / tara (vazio)

O freio manual também deve ter sua taxa de frenagem verificada mas apenas para acondição de vagão carregado:

Tm = Fm / PBM (carregado)


Atualmente, levando-se em consideração que praticamente todas as ferrovias de altacarga por eixo trabalham com uma pressão de 90 psi no encanamento geral, as taxasde frenagem especificadas e consideradas para uma aplicação de serviço total são:

(*) Fonte Manual AAR última revisão

Se ao calcularmos as taxas de frenagem para um determinado projeto de timoneriaverificarmos que os valores encontrados ultrapassam os valores indicados ou seos limites estiveram muito próximos dos limites mínimo em uma condição e máximoem outra, teremos um sinal claro de que teremos que usar o dispositivo automáticovazio-carregado, o qual controlará a pressão que chegará ao cilindro de freio emcada uma das condições de circulação.


Fazendo uma simulação teremos:

Vamos verificar como esta força fica na situação de vagão vazio:

Conclusão: Necessário usar dispositivo vazio – carregado.

F = Tc x PBM substituindo,

F = 0,12 x 80.000 F = 9.600 kg

Taxa desejada em carregado = 12% Tc = 0,12

Tv = F / tara substituindo,

Tv = 9.600 / 20.000 Tv = 0,48

Tv = 48% > 32% (travamento de rodas, superaquecimento, etc)


Dispositivo vazio-carregado automático:

Na condição de vagão vazio, o braço de contato percorre todo o seu curso, abrindo umapassagem de ar para o reservatório equilibrante que cria um volume adicional a serpreenchido, fazendo com que a pressão final seja menor no cilindro.

Foto Amsted-Maxion


Usando o vazio – carregado com variação padrão de 50%, para corrigir a pressão que chega ao cilindro, encontraremos:

Pressão em carregado = 64 psi Força em carregado = 9.600 kg

Pressão em vazio = 32 psi Força em vazio = 4.800 kg

Nova taxa em vazio:

Tv = Fv / tara Tv = 4.800 / 20.000 Tv = 0,24

Considerando o mesmo rendimento anterior:

Tv = 24% < 32% OK !! Dentro dos parâmetros de circulação.

Conclusão: Trabalharemos sem perigos de travamento de rodas em faixas segurase prevenindo casos extremos como redução do coeficiente de contato roda x trilhoem situações adversas como por exemplo passagens de nível em dias chuvosos.


Exemplo de atuação do freio manual:


Vamos estudar agora outro tema que afeta diretamente o projeto do sistema de freiosde um vagão, mais especificamente o conjunto mecânico da timoneria: Angularidade.

A angularidade das alavancas da timoneria deve ser avaliada tendo em vista os pontoscríticos relacionados a seguir:

Cada um destes pontos será abordado com mais detalhes para que possamos ter o aspecto de observação apurado ao ponto de entender um problema operacional e propor soluções que não apenas liberem os vagões mas também evitem que os mesmos retornem com efeitos reincidentes.

• A posição inicial com sapatas novas e a posição final com sapatas gastas;

• A localização do ajustador automático de folgas no conjunto;

• O projeto da alavanca de comando do ajustador (“cadeirinha”);

• A posição e dimensão das corrediças em relação ao movimento das alavancas;


ABC

Tirante de ligação

Nota: O valor total de movimentação entre as posições A e C varia em função da relação de furação da alavanca viva do truque.

Posição inicial e final das alavancas dos truques:

A = posição inicial com sapatas novas inclinação máxima

B = posição intermediária inclinação de meia vida

C = posição final com sapatas gastas inclinação mínima


Alavanca da caixa

Tirante de ligaçãoPonto fixo

12

3

ANGULARIDADE:

1 = sapatas novas

2 = meia vida

3 = sapatas gastas

Nota: O valor da angularidade das alavancas é o total de deslocamento entre as posições 1 e 3, ou seja, o total do passeio da alavanca da caixa entre sapatas novas e gastas.

Posição das alavancas da caixa:


A localização do ajustador automático de folgas no conjunto:

Posição inicial do ajustador entre alavancas da caixa

Conjunto da alavanca de comando

Cilindro de freio

O ajustador automático de folgas vai reduzindo gradualmente seu comprimento total entre alavancas para que a distância sapata x roda bem como o curso fixado para o cilindro semantenham com valores constantes.


Estando o ajustador automático localizado entre as alavancas da caixa, como nocaso que estamos estudando, ao reduzir seu comprimento, o fará em ambas as extremidades, trazendo com ele as alavancas da caixa e vivas do truque, entãoaproximando as sapatas das rodas.

L

Lcurso

Comprimento inicial

Ponto fixo

A localização do ajustador automático de folgas no conjunto:


Questão Fundamental: Como garantir o correto trabalho do ajustador?

O moderno projeto dos ajustadores automáticos de folga está baseado na sua bielade comando, se curta ou longa. Pelo nível de força hoje requerido nos sistemas defreio as bielas longas estão sendo substituídas por bielas curtas presas a alavancasde comando. O principal motivo desta decisão técnica é o efeito de flambagem dabiela como mostrado na figura.

Foto ABA-USA


Para o projeto de uma instalação de freio com ajustador de folgas provido de bielacurta, temos que ter em mente que alguns cuidados devem ser tomados, a saber:

• A posição do suporte de atuação da biela (cadeirinha) deve ter sua localização definida em função da furação da alavanca principal do cilindro, ou seja, deve existir uma relação matemática entre as furações para que o curso do cilindro seja mantido dentro da faixa de projeto.

Relação de trabalho:

A = CB D

Notas Importantes:(a): Distância mínima para que o embolo do cilindro não toque na ponta da alavanca.(b): Distância mínima para que a alavanca não escape do suporte. Sendo necessária distância menor que 76mm, usar pino ou parafuso na ponta da alavanca.

A B

C D

76 min

38min(a)

76 min(b)


• A posição relativa entre a alavanca do cilindro e a alavanca de comando do ajustador deve ser perfeitamente sobreposta quando o freio estiver aplicado.

NOTA: A fixação definitiva das “cadeirinhas” só deve ser feita após a aprovação do vagão protótipo com o correspondente teste dinamométrico, fechando as taxas de frenagem.

120

80

80

Ajustador

Tirante de ligação

cilindro“cadeirinha”

Freio aplicado


As corrediças influem no bom funcionamento do sistema?

corrediças

As corrediças dão o devido apoio àsalavancas desde a condição inicial desapatas novas até condições limitecomo sapatas gastas e sua troca.

Em um bom projeto de freio, todas ascorrediças devem estar bem niveladasevitando levantamentos e/ou torções.


Potência dissipada por roda:

Assunto de grande relevância na operação de frenagem de um trem é a capacidadeque suas rodas possuem de dissipar a carga térmica proveniente do atrito de contatocom as sapatas, principalmente nos trechos de declive acentuado.

O cálculo da potência dissipada por roda é definido pelo contato roda x sapatana proporção da carga de frenagem aplicado pela timoneria e pelo coeficientede contato entre os dois materiais.

Vários trabalhos foram efetuados nos EUA pela ABA que classificam limites de potência em função dos tipos de roda e seu diâmetro nominal:

Diâmetro Nominal (mm) Potência Máxima (HP)

711 (28”) 20762 (30”) 22838 (33”) 25914 (36”) 30965 (38”) 35


Potência dissipada por roda:

Fórmula de cálculo:HP = (F0 x R x n x u x V) / 375 onde

F0 = força no cilindro em libras (lb) (kg x 2,205)

R = relação de alavancas da caixa e truque

n = rendimento da timoneria de freio (0,70)

u = coeficiente de contato sapata x roda (0,33)

V = velocidade no trecho em milhas / hora (km/h x 0,62)

O valor encontrado deve ser comparado ao valor de HP na tabela para o diâmetroda roda, não podendo ser superior a este limite.

NOTA: Todas as pesquisas da ABA foram feitas tomando por base uma temperaturalimite de 400°C, a qual indica um possível valor de inversão da tensão de compressãodas rodas, o que favoreceria o aparecimento de trincas.


Aderência Roda x Trilho:

Para se ter uma conclusão da perfeita concepção do sistema de freio do vagão, o qualdeve aliar os conjuntos pneumáticos e mecânico, resta-nos agora analisar a aderênciaRoda x Trilho.

A correta aderência roda x trilho é aquela necessária a parar o trem em qualquer dascondições estudadas SEM travar as rodas dos vagões, mesmo em emergência, ou seja,a força tangencial do contato sapata x roda SEMPRE deve ser MENOR que a força decontato roda x trilho.

Para que o vagão pare sem travar as rodas :

Ftan < Fa Ftan < Fa Ftan Ftan

Trilho Trilho

Roda Roda

Fa Fa

IMPORTANTE: As piores condições de contatoroda x trilho são as encontradas em passagensde nível e/ou dias chuvosos, onde o atrito entreos dois componentes cai rapidamente.


Aderência Roda x Trilho:

Para que se possa checar as duas forças com respeito à possibilidade de travamentodas rodas dos vagões, vamos usar as seguintes condições:

Força Tangencial: Ftan = (Força Total de Frenagem / 8 rodas) x Coeficiente de atrito Ftan = (Ft / 8 rodas) x 0,33

Força de Contato:Fa = (Peso do vagão / 8 rodas) x Coeficiente de atrito

Fa = (Tara ou PBM / 8 rodas) x 0,09

OBS: 0,33 é o coeficiente de contato sapata e roda. 0,09 é o coeficiente de contato roda x trilho na pior condição de aderência.

Importante: A pior condição para esta verificação é para vagão vazio.


SISTEMAS DE FREIO: NOVAS TENDÊNCIAS

As novas tendências em termos de sistemas de freio estão direcionadaspara uma aplicação e um alívio mais rápidos, diminuindo as distâncias deparada e garantindo maior segurança aos trens.

Assim, temos como grandes inovações:

1- Válvulas de freio eletrônicas

* Serviço único (todos os veículos iguais)

* Serviço composto (eletrônicas e adaptadas)

2- Sistemas incorporados aos truques

* TMB (cilindros de câmara constante)

* UBX (cilindros de câmara variável)


Versão Stand-Alone: serviço ÚNICO Versão Overlay: serviço composto

SISTEMAS DE FREIO: Válvulas eletrônicas

Fotos Knorr-Bremse


CONJUNTO DAALAVANCA

SAPATA

CABO DO FREIO MANUAL

(Raio Mínimo de 10”)

CORRENTE

TRAVESSAPRIMÁRIA

SUPORTE DOSCABOS

PLACA DOS CABOS

CILINDRO DEFREIO C/ AJUSTADOR

ALAVANCA DE MULTIPLICAÇÃO

TRAVESSASECUNDÁRIA

SISTEMAS TMB (cilindros de câmara constante)


Sistema UBX: cilindros de câmara variável

Sistema provido de cilindro inflável de borracha

Foto WABTEC


0 50 100 150 200 250

EP 60

DB 60

ABDXL

ABDX

ABDW

ABD

AB

Vál

vula

de

Co

ntr

ole

Tempo para a aplicação do Cilindro de Freio do Último Vagão (tempo em segundos) - 150 Vagões

(220 seg.)(155 seg.)

(88 seg.)

(55 seg.)

(57 seg.)

(53 seg.)

(0 seg.)

Performance entre as válvulas :


5ª PARTE – DINÂMICA FERROVIÁRIA 5ª PARTE – DINÂMICA FERROVIÁRIA

O FATOR QUE ORIENTARÁ O FUTUROO FATOR QUE ORIENTARÁ O FUTURO

5ª PARTE – DINÂMICA FERROVIÁRIA 5ª PARTE – DINÂMICA FERROVIÁRIA

O FATOR QUE ORIENTARÁ O FUTUROO FATOR QUE ORIENTARÁ O FUTURO


DINÂMICA: Análise do conceito teórico

Os veículos que compõem um trem estão sujeitos a movimentos únicos e específicos.

Ao contrário do que ocorre com os veículos rodoviários de carga, os quais estão apenassubmetidos à tração ao longo de sua via útil, os vagões possuem a necessidade de terequilibrada a sua atividade tanto em tração quanto em compressão, com forças de alto valor numérico.

Aliados a estes fatores, os movimentos também estão relacionados com a forma dasestruturas resistentes e funcionais. Densidades distintas, diferentes condições para adescarga nos terminais, manutenção da via permanente e regras de operação, podeminduzir a um agravamento destes movimentos, ocasionando acidentes.

Procurando visualizar mais diretamente a questão teórica da circulação dos veículosferroviários, vamos tentar analisar os movimentos dinâmicos e procurar compreenderseus efeitos práticos, discutindo maneiras de amenizar instabilidades.


Existem 6 movimentos básicos dos vagões quando em circulação nos trens:

3 Yaw

4 Sway

5 Pitch

6 Bouce

CG

1 1

Balanço Lateral

2

Torção


BALANÇO LATERAL (ROCK & ROLL):

CG

O que é:É o mais comum dos movimentos dos veículos ferroviários, jáque o apoio destes é feito em dois pontos longitudinais quesão os pratos de pião. (vagões)

Motivo:Com a circulação dos trens, aliada à resistência derivada da geometria de cada veículo e às naturais variações vindas davia permanente, há a tendência de giro em torno do ponto deapoio do sistema. (prato do pião)

Como minimizar o efeito:Uso de ampara-balanços que podem ser de blocos com umafolga controlada ou do tipo de contato constante, com o usode molas internas, material resiliente, etc.


BALANÇO LATERAL (ROCK & ROLL):

Vagões com alto centro de gravidade quando carregados

Fotos PMCFR


TORÇÃO: (Twist)O que é:Deslocamento torcional de uma das extremidades da caixaem relação à outra, o que poderá levar a um desbalanceamentoda relação L / V. Tem enorme importância para a inscrição.

Motivo:Diferenças de altura de um truque em relação ao outro no que diz respeito às condições da via permanente. Este efeitoé fortemente verificado nas transições de superelevação dascurvas, quando o vagão retorna a nível progressivamente.

Como minimizar o efeito:Dotando as estruturas de uma condição dimensional maisadequada ao perfil do vagão (índice de esbeltez), ou seja,resistência estrutural e à fadiga, conjugadas. Igualmente ouso dos ampara-balanços de contato constante minimiza apossibilidade de descarrilamento por “escalada” dos frisosnos boletos.


Alta resistência torcional Baixa resistência torcional

TORÇÃO: (Twist)

Fotos PMCFR


YAW: (serpenteamento)

O que é:Efeito de “serpenteamento” do trem ao longo da via, fazendo com que cadatruque faça contato intermitente à direita e à esquerda com os trilhos. O YAW é o movimento de início do “hunting”, que se estabelece nos rodeiros,passa aos truques e destes aos vagões.

Motivo:O motivo do aparecimento do YAW pode estar aliado ao desgaste de frisosnas rodas dos vagões, fazendo com que o passeio lateral do truque sejaaumentado. Vagões muito leves também podem apresentar o movimento.

Como minimizar o efeito:Controlar sempre o limite de desgaste dos frisos das rodas bem como acompanhar as alturas das cunhas de fricção nos truques e as folgas oupré-compressão dos ampara-balanços. O perfil de contato roda x trilhotambém tem grande influência no aparecimento do YAW.


YAW: (serpenteamento)

Vagões de pequena base rígida estão propensos ao YAW e HUNTING

Fotos PMCFR


SWAY: (batimento lateral)

O que é:O SWAY também é conhecido por alguns ferroviários como o batimentolateral do vagão contra um dos trilhos da via permanente de forma total,ou seja, com o deslocamento dos dois truques transversalmente.

Motivo:O aparecimento do SWAY também está relacionado com o contato dasrodas com os trilhos e é muito comum em trens unitários onde hajamvagões de projeto muito similar. É um movimento que quase sempreocorre em seqüência ao YAW, sendo mais freqüente nas tangentes.

Como minimizar o efeito:Controlando os mesmos parâmetros do YAW.


SWAY: (batimento lateral)

Vagões onde haja menor concentração de massa junto à via

Fotos PMCFR


PITCH: (galope)

O que é:O PITCH ou galope, como é muito conhecido, é o efeito que se propaga aolongo de um trem e que faz com que seus vagões sofram recalques dos seustruques em movimentos verticais, ora dianteiros ora traseiros.

Motivo:O PITCH pode ser “disparado” por uma junta paralela em trechos de via reta,o qual irá estimular cada veículo de forma repetitiva. Cargas distribuídas deforma irregular no sentido longitudinal podem agravar o PITCH.

Como minimizar o efeito:Como ocorre com todos os demais movimentos oriundos da interação dosvagões com a via, o controle do desgaste na manutenção é extremamenteimportante. Neste caso, diretamente cunhas de fricção e pacotes de mola dasuspensão.


PITCH: (galope)

A acomodação das cargas pode provocar o efeito do PITCH

Fotos PMCFR


BOUNCE: (batimento vertical)

O que é:O BOUNCE a exemplo do que ocorre com o Pitch, também é um dosmovimentos verticais dos vagões no trem, com a diferença de que esteocorre com os truques sofrendo recalques ao mesmo tempo.

Motivo:O motivo de ocorrência é muito similar ao que origina o Pitch, ou seja,uma reação vertical proveniente da via permanente em função de algumdesnível paralelo. É um movimento mais comum de ocorrer com trenscom vagões de pequena distância entre truques.

Como minimizar o efeito:O controle da manutenção das suspensões e cunhas de fricção, à exemplodo recomendado contra o Pitch, é o melhor recurso de controle deste efeito.Bom controle do amortecimento é vital para evitar movimentos harmônicos que podem advir do BOUNCE e que podem gerar uma reação vertical queforce o friso a subir no boleto.


BOUNCE: (batimento vertical)

Cargas compactas em pequena base rígida podem provocar BOUNCE

Fotos PMCFR


A evolução do contato RODA x TRILHO:

Toda a origem dos movimentos ferroviários que devem ser analisados para uma totalcompreensão da inscrição de um veículo está relacionada ao contato das rodas comos trilhos.

Neste contato, em função da inclinação das pistas de rolamento das rodas e daforma e inclinação dos trilhos, a inscrição poderá ocorrer de forma equilibrada oudesbalanceada. É importante salientar que mesmo em uma condição perfeita demanutenção dos veículos e da via permanente, os efeitos da inscrição serão sentidospodendo, ou não, causar danos e instabilidade conforme as condições em que estamanutenção ocorrer.

Foto ASF-K



Teoria da inscrição:

1:20



Ponto da elipse de contato

Inclinação 1:20

Área de passeio do rodeiro

Faixa de circulação teórica

Foto ASF-K



Normalmente a área de contato tem o tamanho de uma moeda de 10 centavos.Na área de contato (elipse) como a pressão é absurdamente alta em relação à suadimensão, também ocorre um escorregamento entre as partes.O desbalanceamento do equilíbrio do estado tri-axial de forças causa um efeito deescorregamento do rodeiro, o qual pode ser longitudinal ou transversal à via.

1 2

3

s1

s3

s3

s1s2

s2

Estado tri-axial de forças


A evolução do contato RODA x TRILHO: Escorregamento Longitudinal

TrilhoTrilho

Direção das forças de deslizamentolongitudinal aplicadas ao trilho pelas rodas

Microestrutura Laminar

Lascas/Trincas

Deformação Deformação


A evolução do contato RODA x TRILHO: Escorregamento Transversal

Deslocamentos

DeslocamentoDeslocamento

Força no flange

Ponto de desgate roda x trilho

Forças

Alto STRESS



Distribuição de tensões no ponto de maior stress no lado oposto ao máximo deslocamento transversal do rodeiro



Alto nível de tensõesAlto nível de tensões

Foto ASF-K



Efeitos visuais nos trilhos para os escorregamentos:

LONGITUDINAL TRANSVERSAL

Fotos ASF-K


Uma vez que a montagem do rodeiro é rígida e ambas as rodas são solidáriasao mesmo eixo, a roda externa possui uma aceleração angular maior que a rodainterna, fazendo com que esta gire e deslize.

A evolução do contato RODA x TRILHO: Escorregamento Rotacional


A evolução do contato RODA x TRILHO: O HUNTING



Principais motivos do aparecimento do “Hunting” :1- Velocidades próximas de 60 km / h;

2- Existência de longos trechos em tangente;

3- Vias de trilhos longos soldados;

4- Partes dos trens mais próximos à sua cauda;

5- Vagões vazios de grande diferença com o valor de sua lotação;

Existem 3 variações de “hunting”:

•O “hunting” dos rodeiros

•O “hunting” dos truques

•O “hunting” dos vagões (YAW)



Principais sintomas que podem indicar a existência do “Hunting” :• Baixa capacidade do truque voltar ao esquadro;

• Cunhas de fricção excessivamente altas ou próximas do limite de vida útil;

• Excessivo desgaste das chapas das colunas e das bolsas das cunhas de fricção;

• Limitadores de giro com desgaste ao longo do seu comprimento;

• Marcas de rotação das molas;

• Ampara-balanços de contato constante danificados;

• Muito desgaste radial nas chapas de desgaste dos engates e dos seus apoios;

• Muito desgaste nos centros de pião dos truques;

NOTA: O “hunting” pode surgir em trechos retos de via mesmo em ferrovias com predominância de curvas em seu traçado.



Chapa da coluna

Calibre de altura

Face de contato das cunhas de fricção facilita o esquadroFoto ASF-K



Nota: Mesmo com as cunhasaltas ainda há absorção dasvibrações.

Fotos ASF-K



TRAVESSA CENTRAL

LATERAL

CENTRO DE PIÃO

Pontos de desgaste



Desgaste acentuado e contínuo naslaterais da coluna

Fotos ASF-K



Rotação das molas

TRAVESSA CENTRAL

LATERAL



Contatos Laterais Fotos ASF-K



EVIDÊNCIAS DE INSTABILIDADE DINÂMICA

Foto ASF-K



Desgastes radiais acentuados nas telhas e chapas dos engates

Fotos ASF-K



Centros de pião desgastados em sentido rotacional

Nota: Este desgaste não tem o mesmosentido daquele devido ao movimentodo trem.

Fotos ASF-K


A evolução do projeto - SIMULAÇÃO:

V A M P I R E x N U C A R SV A M P I R E x N U C A R S

Critérios de trabalho :

Ambos analisam o contato roda x trilho (L / V) em função da dinâmica do vagão.

Não fazem cálculos estruturais mas sim de interação das massas e inércias.

Se utiliza de equações matriciais de alto grau de complexidade.

As bases dos métodos estão diretamente ligadas ao modelamento matemático dostruques , caixas e via permanente.

O NUCARS está montado sob base .DOS, enquanto que o VAMPIRE interage com o usuário em um ambiente Windows, mais confortável.

“Conversam” com as bases de dados do Carro Controle usado na MRS, recebendo“inputs” da via permanente a cada 300 mm de leitura.

Possibilitam trabalhos conjuntos com o Simulador Operacional.



TR

MRS

RODARODA

negociaçãonegociação

descarrilamento

suspensãosuspensão


Os truques como fator de equilíbrio:

Como os truques são os principais elementos do vagão no aspecto dadinâmica ferroviária, seu projeto vem sendo otimizado para que suainteração com a via permanente, distribuição de esforços e controle dosdesgastes esteja sempre sob controle.

Doravante, estarão sob desenvolvimento constante alguns componentestais como:• Fundidos de lateral e travessa, com maior controle dimensional e com tolerâncias controladas e algumas vezes especificadas em função das geometrias da via e dos vagões; • Sistemas de absorção de vibrações que também trabalhem no sentido de restabelecer o mais rapidamente possível o esquadro dos truques;

• Conceito “steering” para tornar o truque radial, ou seja, com capacidade de inscrição em curvas horizontais sem desgastes pronunciados nos frisos das rodas e trilhos;

• Molas de duplo estágio, oficializando um sistema vazio-carregado para cada condição de trabalho, além de ampara-balanços de contato constante;


TRUQUE RADIALTRUQUE RADIAL

Ampara-balanços decontato constante

Cunhas otimizadas

Molas de duplo estágio

Laterais para conceito “steering”





Angle of Attack= lateral creepage

Approximately Radial(no lateral creepage)

LatLead

LatLead

LatTrail

LatTrail

Flange Force

Ocorrências na inscrição:

* Ângulo de ataque

* Alta força lateral nos frisos

* Escorregamentos



Low Angleof Attack& low creepage

Baixo ângulo de ataque

Baixo escorregamento

Dando aos rodeiros a possibilidadede se acomodar na inscrição, haverámenor desgaste e maior eficiência.

NOTA: Os truques Radiais podem ter, ou não, travamentos nas estruturas



Características funcionais:

•Permitir o deslocamento do rodeiro longitudinalmente em relação ao seu pedestal (Kx);

•Controlar o “hunting” local do rodeiro na direção transversal ao movimento do trem (Ky);

•Amortecer os movimentos verticais provenientes da via permanente para reduzir impactos e desbalanceamento de cargas por roda (Kz);

•Buscar estabilizar o escorregamento rotacional do rodeiro (K rad);

PEDESTAIS ESPECIAISPEDESTAIS ESPECIAISOs truques como fator de equilíbrio:



CONTATO CAIXA-TRUQUECONTATO CAIXA-TRUQUE

Com o uso dos ampara-balançosde contato constante, a rotaçãocaixa-truque fica mais equilibrada,com melhor controle do efeito de“hunting”.

A constante preocupação dosprojetistas em reduzir as tarasdos vagões, vem gerando emconseqüência um aumento nanecessidade de análise dinâmicados truques, para que a estabilidadeem qualquer condição seja garantida


A via permanente:

A influência da via permanente na dinâmica dos trens tem sido tão avaliadaquanto o novo projeto dos truques. Isto porque o contato roda x trilho temcontado com uma série de novas ferramentas que podem levantar o perfilde ambas as partes.

Defeitos inerentes à circulação dos trens, principalmente quando carregados,antigamente postos sob controle como empenos, desalinhamentos, etc, hojepodem acelerar a possibilidade de acidentes e/ou desgastes prematuros.

Outra característica importante neste contato é o uso comum dos trens deesmerilhamento dos trilhos nas ferrovias de alta carga por eixo. Embora atécnica de esmerilhar os trilhos seja interessante no que diz respeito aos altoscustos envolvidos, deve ser muito bem avaliada em função da possibilidadede poder causar danos à estabilidade.

Qual a freqüência de esmerilhamento?

Qual a melhor forma do perfil gerado?

Como controlar a fadiga superficial?

MAS,


A via permanente:

O trabalho de escolha do perfil ideal para ostrilhos, após seu esmerilhamento, tem que serconduzido em conjunto pelas áreas de Via edo Material Rodante.

Foto ASF-K


A via permanente:

Além do esmerilhamento quais os fatores da via permanente que afetam a dinâmica dos veículos?

PERFIL VERTICAL

Foto PMCFR


A via permanente:


PERFIL HORIZONTAL

Fotos PMCFR


A via permanente:


DEGRADAÇÃO DA SUPERFÍCIE DE ROLAMENTO:

corrugamento

Diferenças de dureza superficial

Fotos PMCFR


A via permanente:


DEGRADAÇÃO DA SUPERFÍCIE DE ROLAMENTO:

Deformações e quebras

calos

Fotos PMCFR


A via permanente:


PROJETO E SUA MANUTENÇÃO:

O projeto e a manutenção da geometriado perfil quanto à sua superelevação,tem enorme importância na inscriçãosegura dos vagões, assim como na suaestabilidade.Igualmente a transição entre circulares eespirais pode afetar a torção e a escalada do rodeiro no boleto do trilho.

P


A via permanente:


Defeitos nas entradas ou saídas das transições certamente irão desbalanceara relação L / V, resultando na subida do friso nos boletos.

SAÍDA

ENTRADA

TRECHO ENTRE ESPIRAIS


A via permanente:Recalque com sério risco ao tráfego

Foto AREMA


A via permanente:

Fixação rígida solta

Talas mecânicas desniveladas

Foto AREMA


A via permanente:

Bolsão de água

Foto AREMA


A via permanente:

Flambagem térmica

Região com perda de resistência lateral

Foto AREMA


A via permanente:


PROJETO E SUA MANUTENÇÃO:

?

Como definir a melhor Superelevação?


A via permanente:Além do esmerilhamento quais os fatores da via permanente que afetam a dinâmica dos veículos?

FIXAÇÃO:

As corretas fixação, instalação e controle dos trilhos também estão relacionadascom o desempenho dos trens e seu custo direto de operação.

Tombamento Lateraldo trilho:

Interno: baixa velocidadeExterno: alta velocidade

Foto ASF-K


A Operação:

O fator humano na operação pode reduzir ou ampliar a possibilidade de ocorrência de sérios acidentes, em função da atuação das forças geradassobre os veículos:

A- Esforço de traçãoB- Aplicação de freio dinâmicoC- Rampas máximasD- FrenagemE- Condições climáticas

Esta situação é típica em vários trecho da MRS Logística e EFVM


Tópicos: FATORES QUE DEFINEM A ESTABILIDADE

1- O Centro de Gravidade

2- A Superelevação e a força centrífuga

3- O Equilíbrio de forças

4- As cargas de vento

5- A velocidade limite nos trechos críticos

6- A acomodação das cargas

7- A suspensão dos truques

8- O peso e forma estrutural das caixas

9- Os momentos Tombantes e Equilibrantes

10- Os 8 critérios de verificação e segurança

11- O coeficiente de segurança ao tombamento


O CENTRO DE GRAVIDADEO CENTRO DE GRAVIDADE

VAGÃO TANQUE TIPO TCTVAGÃO TANQUE TIPO TCT

Transporte de Combustíveis

Carga pelo domo superior

Descarga por gravidade pelo fundo

Pressão de trabalho 60 psi

Projeto auto-portante

Peso Bruto Máximo: 119.344 kg

Tara avaliada: 33.545 kg

Lotação máxima: 85.799 kg

Capacidade volumétrica: 103.000 litros

Domo de expansão: 2100 litros

Foto PMCFR


1390 840990

4210 4090

2490

457

1140

4 Pacotes de molas com:

9 molas externas = 9 x 75,98 kg / mm = 683, 82 kg / mm

5 molas internas = 5 x 30,47 kg / mm = 152, 35 kg / mm

Massas a considerar:

Vazio = estrutura – truques + travessas

Carregado = vazio + lotação máxima

Abaixamento sob vagão vazio: 7, 26mm

Abaixamento quando carregado: 32, 92mm

Recalque dos 4 pacotes de molas: Constantes:

De cada pacote: 836,17 kg / mm

Dos 4 pacotes: 3.344, 68 kg / mm



1390 840990

4210 4090

2490

457

1140

VAGÃO VAZIO :Truques 10000 x 449,736 Momento Total = 55067727 kg . mmEngates 1200 x 982,736Freio 800 x 1382,736 Tara do vagão = 33545 kg Estrado 4109 x 1132,736Tanque 15736 x 2482,736 Centro de GravidadeDescarga 300 x 832,736 Vagão Vazio 1641,6 mm 64,63 inCarga 100 x 4202,736Segurança 100 x 4202,736Domo 850 x 4082,736



1390 840990

4210 4090

2490

457

1140

VAGÃO CARREGADO :Truques 10000 x 424,084 Momento Total = 2,65E+08 kg . mmEngates 1200 x 957,084Freio 800 x 1357,084 P B M do vagão = 119344 kgEstrado 4109 x 1107,084Tanque 15736 x 2457,084 Centro de GravidadeDescarga 300 x 807,084 Vagão Carregado : 2220,7 mm 87,43 inCarga 100 x 4177,084Segurança 100 x 4177,084Produto 85799 x 2457,084Domo 850 x 4057,084



1390 840990

4210 4090

2490

457

1140

Pelas condições das normas ABNT:

Vagões de bitola 1,00m: 1.828,8 mm

Vagões de bitola 1,60m: 2.489,2 mm

Pelas condições de cálculo do TCT (1,60m):

Vagão Vazio: 1.641,6 mm

Vagão Carregado: 2.220,7 mm

O Centro de Gravidade se encontra dentro dos limites de norma. Para verificar sua estabilidade, será necessário analisar as características geométricas da via permanente, as velocidades operacionais e alguns componentes existentes no projeto dos vagões como por exemplo os ampara-balanços, além de checar as condições gerais de manutenção, as quais se no limite, poderão prejudicar seriamente a circulação do vagão e conseqüentemente do trem onde ele se encontra.

NOTA IMPORTANTE:

OKOK



(ALFA)

A Superelevação teórica máxima é aproximadamente 10% do valor da bitola da via

(Fc)

A SUPERELEVAÇÃO E A FORÇA CENTRÍFUGA A SUPERELEVAÇÃO E A FORÇA CENTRÍFUGA

A Superelevação é usada para equilibrar a força que tende a jogar o vagão para fora dos trilhos:

FORÇA CENTRÍFUGA (Fc) = m.v² / R

S


Hcg = Altura calculada do CG

Fc = Força centrífuga

P = Peso do vagão vazio / carregado

S = Superelevação

B = Folga nos ampara-balanços

A = Folga entre prato e truque

Alfa = ângulo da superelevação

NOTAÇÕES:

O EQUILIBRIO DE FORÇAS O EQUILIBRIO DE FORÇAS


Força do Vento (Fv) 80 kgf / mm²

A carga de vento é calculada pela área lateral do vagão exposta a esta atuação e é aplicada no ponto do CG.

Para os vagões tanques se admite reduzir o valor da força de vento em cerca de 20% em função da superfície lateral arredondada .

A CARGA DE VENTO A CARGA DE VENTO


A NECESSIDADE DE UMA FORMA ESTRUTURAL DE GRANDE ALTURA FICA DIRETAMENTE VULNERÁVEL

ÀS CARGAS EXERCIDAS PELO VENTO LATERAL

CENTRO DE PRESSÃO

A CARGA DE VENTO A CARGA DE VENTO

Foto PMCFR


A VELOCIDADE LIMITE A VELOCIDADE LIMITE

A VELOCIDADE LIMITE DE CIRCULAÇÃO É DEFINIDA EM FUNÇÃO DE:

CONDIÇÕES DA VIA PERMANENTE

TIPO DE SERVIÇO PRESTADO NO TRECHO (carga / passageiros / ambos)

CARACTERÍSTICAS DE RAMPA

TIPO DO MATERIAL RODANTE EM TERMOS DE PROJETO

NOTA IMPORTANTE: COMO A FORÇA CENTRÍFUGA VARIA EM FUNÇÃO DO QUADRADO DA VELOCIDADE

LIMITE, SEU PLENO CONHECIMENTO E CONTROLE SÃO VITAIS PARA UMA BOA

SEGURANÇA OPERACIONAL, SEM RISCOS DE ACIDENTE.

Fc = m . V²

R

V² = Fc . R

m V lim = Fc . R

m


A ACOMODAÇÃO DAS CARGAS A ACOMODAÇÃO DAS CARGAS

UMA MÁ DEFINIÇÃO DE ACOMODAÇÃO DE CARGAS EM QUALQUER TIPO DE VAGÃO PODE VIR A CAUSAR

SÉRIOS ACIDENTES, JÁ QUE NA CONDIÇÃO DE SUPERELEVAÇÃO, ESTA DIFERENÇA PODE DESLOCAR

DE FORMA PERIGOSA O CENTRO DE GRAVIDADE OU SOBRECARREGAR UM DOS TRUQUES COM SÉRIAS

CONSEQÜÊNCIAS PARA A ESTABILIDADE.

Deslocamento Transversal

FF

Incremento perigoso da força centrífuga

Deslocamento Longitudinal

F

F

Sobrecarga importante em um dos truques



EXEMPLOS DE PROBLEMAS CAUSADOS PELA MÁ ACOMODAÇÃO OU DESLOCAMENTO DAS CARGAS:

11

Foto CPTM



EXEMPLOS DE PROBLEMAS CAUSADOS PELA MÁ ACOMODAÇÃO OU DESLOCAMENTO DAS CARGAS:

Foto CPTM


A SUSPENSÃO DOS TRUQUES A SUSPENSÃO DOS TRUQUES

MOLAS HELICOIDAIS : Vagões circulando

Força centrífuga

Ampara-balanços

Sobrecarga no pacote externo de molas

Alívio no pacote interno de molas

Com os vagões circulando, os pacotes instalados do lado externo da curva sofrem uma compressão extra, a qual se deve à atuação da força centrífuga.



MOLAS HELICOIDAIS : Vagões parados

Ampara-balanços

Superelevação

Sobrecarga no pacote interno de molas

Alívio no pacote externo de molas

Com os vagões parados, os pacotes instalados do lado interno da curva sofrem uma compressão extra, a qual se deve à atuação da superelevação.



MOLAS HELICOIDAIS :

CLARAS INDICAÇÕES DE OCORRÊNCIA DE MOLAS SÓLIDAS

PROBABILIDADE DE: QUEBRAS, INSTABILIDADE, TOMBAMENTO

Foto ASF-K


O PESO E FORMA ESTRUTURAL DAS CAIXAS O PESO E FORMA ESTRUTURAL DAS CAIXAS

IGUALMENTE O PESO DA MASSA OSCILANTE APOIADA SOBRE OS TRUQUES PRECISA SER ESTUDADO

PARA SE ENTENDER QUAL A MELHOR SUPERELEVAÇÃO E VELOCIDADES QUE LIMITARÃO O TRECHO.

MASSA OSCILANTE ACIMA DO CG

PEQUENA RESISTÊNCIA INFERIOR AO TOMBAMENTO LATERAL

Foto PMCFR



IGUALMENTE O PESO DA MASSA OSCILANTE APOIADA SOBRE OS TRUQUES PRECISA SER ESTUDADO

PARA SE ENTENDER QUAL A MELHOR SUPERELEVAÇÃO E VELOCIDADES QUE LIMITARÃO O TRECHO.

H = Altura do CG

Prato pião

Para vagões de grande altura é obrigatórioo uso de ampara-balanços de contato constante

h = altura do prato pião

E D

oscilação à direita

oscilação à esquerda



A ATUAÇÃO DOS AMPARA-BALANÇOS: Contra-força ou pré-compressão

Base de apoio na travessa do truque

Tampa de contato com a caixa

Material elástico interno

A contra-força do conjunto para equilibrar a oscilação da caixa écalculada em função da constante do material elástico interno.

No caso dos ampara-balanços de molas internas a contra-forçapode ser aumentada ou reduzida usando-se 1, 2 ou 3 molas quepossuem diferentes constantes. Recomenda-se verificar o peso da massa oscilante assentada nos truques para se definir quantas molasserão usadas.

No caso de equipamentos com apenas um componente elástico interno Como plásticos resilientes, a contra-força pode ser ajustada nas chapasde calço instaladas para regular o balanceamento.



MASSAS COM DIFERENTES OSCILAÇÕES DEVIDO A ALGUMAS CARACTERÍSTICAS DE PRODUTO

COMPLEXO PONTO DE APOIO DINÂMICO

PRODUTO EM DUAS FASES (GLP – LIQUIDO E GÁS)

liquido – 85%

gás – 15%

Foto PMCFR



MASSAS COM DIFERENTES OSCILAÇÕES DEVIDO A ALGUMAS CARACTERÍSTICAS DE PRODUTO

MASSA OSCILANTE CONCENTRADA EM PEQUENA DISTÂNCIA ENTRE TRUQUES

Foto PMCFR


A VELOCIDADE LIMITE x VIA PERMANENTE A VELOCIDADE LIMITE x VIA PERMANENTE

Vagão Curto

Vagão longo Vagão longo

Influência de vagões de diferentes comprimentos e pesos

Força para dentro da curva

Forças para fora da curva


CONSIDERAÇÕES SOBRE O TOMBAMENTO LATERAL CONSIDERAÇÕES SOBRE O TOMBAMENTO LATERAL Considerações importantes quanto ao tombamento lateral:

A – Para entendermos se um determinado vagão irá tombar na curva crítica, de superelevação conhecida, teremos que observar seu comportamento quando:

A1 - Ele estiver com velocidade máxima no centro da curva com carga de vento direcionada para o interior da mesma, na condição vazio;

A2 - Ele estiver com velocidade máxima na mesma curva porém com a carga de vento agora em direção ao exterior, também na condição vazio;

A3 – Idem A1, porém carregado;


A5 – Ele estiver parado na curva crítica, com carga de vento direcionada para o interior da mesma e na condição vazio;

A6 – Ele estiver parado na mesma curva, com a carga de vento agora direcionada para o exterior, igualmente na condição vazio;



B- Estas 8 condições de estabilidade devem ser comparadas tomando por base os momentos que tendem a tombar o vagão em relação aos momentos que tendem a equilibrá-lo na mesma situação.


CONSIDERAÇÕES SOBRE O TOMBAMENTO LATERAL CONSIDERAÇÕES SOBRE O TOMBAMENTO LATERAL

Considerações importantes quanto ao tombamento lateral:

C – Os momentos que tendem a tombar o vagão para o lado externo da curva, devem ser tomados em relação ao trilho externo. Esta situação é verificada quando o vagão está em circulação na velocidade crítica do trecho em avaliação. Normalmente está situação ocorre quando o vento tem a mesma direção da força centrífuga;

D – Os momentos que tendem a tombar o vagão para o lado interno da curva, devem ser tomados em relação ao trilho interno. Esta situação é verificada quando o vagão está parado na curva e é crítica quando o vento se direciona também para o lado interno;

E – De posse dos valores calculados para os momentos que tendem a tombar o vagão e dos momentos que têm a tendência de equilibrar tal efeito, deve-se estabelecer uma relação entre eles de forma que para se considerar o veículo estável, o momento equilibrante deve ser superior em 20% ao momento tombante. Isto se considera como um fator de segurança;

Momento Equilibrante

Momento Tombante= 1,20 CONDIÇÃO IDEAL DO EQUILÍBRIO

(coeficiente de segurança ao tombamento)


EXEMPLO DE CÁLCULO DE ESTABILIDADE EXEMPLO DE CÁLCULO DE ESTABILIDADE


EXEMPLO DE CÁLCULO DE ESTABILIDADE EXEMPLO DE CÁLCULO DE ESTABILIDADE

VAGÃO TANQUE TIPO TCT – VERIFICAÇÃO DA ESTABILIDADE - RESUMOVAGÃO TANQUE TIPO TCT – VERIFICAÇÃO DA ESTABILIDADE - RESUMO

NA CURVA CRÍTICA ÍNDICES DE ESTABILIDADE (min 1.20)

Condição 1 : Vagão circulando vazio com vento para o exterior da mesma I1= 1,64 20221,83 12337,31

Condição 2 : Vagão circulando carregado com vento para o exterior da mesma I2= 1,64 54690,77 33399,76

Condição 3 : Vagão circulando vazio com vento para o interior da mesma I3= 2,90 24204,67 8354,47

Condição 4 : Vagão circulando carregado com vento para o interior da mesma I4= 7,02 58673,61 8354,47

Condição 5 : Vagão parado vazio com vento para o exterior da mesma I5= 4,97 19796,31 3982,84

Condição 6 : Vagão parado carregado com vento para o exterior da mesma I6= 13,45 53584,47 3982,84

Condição 7 : Vagão parado vazio com vento para o interior da mesma I7= 1,64 17498,4 10652,37

Condição 8 : Vagão parado carregado com vento para o interior da mesma I8= 1,21 45493,31 37508,07

Conclusão: Vagão aprovado para circulação no trecho críticoConclusão: Vagão aprovado para circulação no trecho crítico

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