TREINAMENTO DE MONITORAMENTO DE TRILHOS DURANTE O ESMERILHAMENTO

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1 TREINAMENTO DE MONITORAMENTO DE TRILHOS DURANTE O ESMERILHAMENTO Emiliano Rodrigues Franco Prof. Manoel Ferreira Mendes Instituto Militar de Engenharia RESUMO A redução da necessidade de substituição dos trilhos e a segurança da linha férrea com a consequente proteção das comunidades do entorno são pontos prioritários às companhias de ferrovias em especial à MRS Logística, e o esmerilhamento dos trilhos é o meio mais eficaz de monitorar possíveis desgastes, prevendo e prevenindo falhas que possam causar danos de natureza irreversível. Nesse sentido, a execução do esmerilhamento ganha importância ímpar e a figura do inspetor de monitoramento de trilhos reveste-se de enorme responsabilidade e relevância, requerendo, portanto, formação esmerada. Fala este trabalho, então, sobre a importância da formação de inspetor de monitoramento de trilhos para o gerenciamento durante a execução do esmerilhamento, cujo treinamento deverá qualificar e capacitar inspetores que possam garantir a qualidade do perfil desejado e da taxa de remoção de metal adequada ao tratamento de trilhos conforme sua aplicação. Trabalhar com uma esmerilhadora sem padrão de esmerilhamento adequado pode causar mais prejuízos do que benefícios. Padrões de trilhos incorretos causam dificuldades de inscrição de truck e desgaste acelerado de trilhos e rodas. Profissionais de formação inadequada representam pouca confiabilidade para a manutenção de padrões de segurança pautados na excelência. ABSTRACT Reducing the need to replace rails and the safety of the railway line with the consequent protection of surrounding communities are priority points for railway companies - especially MRS Logística, and grinding the rails is the most effective means of monitoring possible wear, Anticipating and preventing failures that could cause irreversible damages. In this sense, the execution of grinding is of paramount importance and the figure of the track monitoring inspector is of enormous responsibility and relevance, thus requiring careful training.this paper then discusses the importance of the formation of a track monitoring inspector for the management during grinding, whose training should qualify and train inspectors who can guarantee the quality of the profile desired and the rate of metal removal appropriate to the Rails according to their application. Working with a grinder without proper grinding pattern can cause more damage than good. Incorrect railing standards cause truck enrollment difficulties and accelerated wear of rails and wheels. Inadequate training professionals represent little reliability for the maintenance of safety standards based on excellence. 1. INTRODUÇÃO A adoção da esmerilhadora de trilhos como ferramenta de manutenção da linha férrea foi uma ação pioneira da MRS Logística no Brasil. A empresa utiliza este equipamento para garantir a regularização da superfície de rolamento dos trilhos por remoção de metal. A máquina opera retirando defeitos superficiais dos trilhos para melhorar o contato com as rodas dos trens, ou seja, realiza o esmerilhamento dos trilhos para evitar, por exemplo, que uma possível trinca superficial evolua para uma fissura irreversível. É possível que aspectos como a necessidade de executar o esmerilhamento de trilhos, a operação do carro de inspeção RIV Rail Inspecion Vehicle e a funcionalidade da esmerilhadora pareçam estar dissociados do tema do artigo. Entretanto, breve contextualização permitirá o entendimento da importância de se garantir a confiabilidade durante o esmerilhamento para atender aos níveis de exigência da malha ferroviária. 2. OBJETIVO O objetivo deste artigo é abordar a importância e a necessidade da capacitação de colaboradores para operar o sistema de monitoramento de trilhos em sua totalidade, de modo a assegurar a excelência na operação de todos os equipamentos, permitindo, assim, um controle total sobre as atividades do esmerilhamento. 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2 Os trilhos representam uma das partes da infraestrutura mais críticas e dispendiosas da via férrea e estão sujeitos a níveis significativos de carga e estresse. Sua manutenção é, portanto, extremamente relevante para a engenharia ferroviária. No entanto, os tipos de manutenção disponíveis para resolver problemas ferroviários sempre foram limitados, culminando na substituição dos trilhos. Na área de fadiga e defeitos de superfície, o esmerilhamento ferroviário mostrou-se e tem permanecido uma das técnicas mais eficazes para prolongar a vida do trilho, melhorando o comportamento de contato roda/trilho e reduzindo o custo da manutenção da via. Conforme Zarembski, todos os modelos de ferrovia existentes utilizam o processo de esmerilhamento de trilhos, o qual, segundo ainda esse autor, possui duas principais estratégias: corretiva e preventiva. No primeiro caso, o esmerilhamento retira do trilho incorreções superficiais perfilando-o de acordo com as rodas para melhor distribuição e ou redução das tensões entre ambos; no segundo caso, o esmerilhamento age para manter o perfil do trilho em conformidade, prevenindo o surgimento de defeitos superficiais, sendo, por isso, realizado em ciclos. 3.1 Esmerilhamento de trilhos O esmerilhamento corretivo requer remoção substancial de metal através de múltiplos passes do trem esmerilhador em velocidade baixa para remover defeitos de superfície, corrugação e também serve para reperfilar o boleto do trilho. Dependendo das condições do trilho podem ser necessários vários passes do trem esmerilhador. O esmerilhamento preventivo, feito com um único passe do trem esmerilhador, tem por finalidade remover somente uma camada de material, a fim de se controlar a fadiga de superfície. Esse esmerilhamento preventivo produz um acréscimo significativo na vida útil do trilho, um decréscimo nos níveis de ruído e retarda a ocorrência de corrugação do trilho, permitindo ainda que se estabeleça um perfil particular para cada trecho, melhorando o contato roda-trilho, reduzindo o consumo destes e diminuindo os custos. 3.2 RIV- Veículo de Inspeção Veicular Para inspecionar as condições dos trilhos e ajudar a planejar a esmerilhação dos mesmos a MRS Logística utiliza o RIV veículo de inspeção de trilhos (figura 1). O RIV é um veículo terratrilho que usa um sistema de medição de perfil de trilho e um sistema de aquisição de imagem de alta resolução. Esses dados ajudam os planejadores a determinar quais padrões e velocidades de esmerilhação serão usados para alcançar o perfil de trilho desejado. Cada veículo é equipado com: Equipamento terra-trilho para colocar o veículo na via Um sistema de medição de perfil de trilho sem contato Um sistema de aquisição de imagens de alta resolução Um rack de computador com software de análise de trilho Um sistema de GPS Local para armazenamento de bagagem, peças de reposição e ferramentas.

3 GP S Figura 1: Visão geral do carro de inspeção O RIV consegue fazer a inspeção do trecho com uma velocidade de 40 km/h, estando um inspetor posicionado no banco da frente ao lado do carona, tendo à disposição no painel do veículo dois monitores: um para fazer as medições do perfil do trilho e outro para captar as imagens do trilho. Após cada inspeção é gerado um relatório de planejamento de esmerilhamento (Grind Plan-Tabela 1), posteriormente enviado por para a Esmerilhadora de trilhos RG407. Tabela 1: Planilha de planejamento de esmerilhamento (Grind Plan) 3.3 Esmerilhadora de trilhos RG407 (Figura 2) Após um estudo de viabilidade técnica e econômica a engenharia da MRS Logística especificou a esmerilhadeira de trilhos Loram RG407. Ela consiste em um vagão de controle (CC), vagões de água (WC), vagões de esmerilhação (GC), vagão de força (PC) e vagão de suporte (SC). Os três vagões de esmerilhação são idênticos, com três buggies de esmerilhação não flexíveis de rebolos de 10 polegadas. Os módulos de esmerilhação podem ser usados apenas em vias tangentes ou curvas. Esta esmerilhadeira de trilhos da Loram é projetada para perfilar novamente a seção transversal e remover ou reduzir corrugações nos trilhos, corrosão, desalinhamentos nas juntas e outras irregularidades na superfície do boleto.

4 Figura 2: Composição da Esmerilhadora RG407 Para legitimar a importância da capacitação do inspetor de monitoramento de trilhos para o gerenciamento durante a execução do esmerilhamento serão apresentadas a seguir as principais funcionalidades de cada vagão da máquina e suas complexidades: Vagão controle (CC - figura 3): vagão usado pelo operador para controlar e operar a máquina durante o esmerilhamento. Possui um gerador principal e um gerador auxiliar para o fornecimento de alimentação elétrica, quatro motores de tração de corrente contínua para o sistema de propulsão, tanque de combustível L, gravador de eventos, câmeras e duas IHM. Figura 3: Principais componentes do vagão de controle - CC Vagão de água (WC1 e WC2 figura 4): vagão que abriga os componentes de prevenção de incêndios e fornece água aos componentes de combate ao fogo, localizado no vagão de controle ou no vagão de suporte. Um vagão de água possui bombas de água, tanques de espuma, pulverizadores de valeta e pulverizadores de dormentes. Há passarelas dos dois lados do tanque de água para permitir que os colaboradores andem de uma extremidade a outra do vagão. Figura 4: Principais componentes do vagão de água WC Vagão de Esmerilhamento (VG1,VG2,VG3 figura 5): vagão onde estão localizados os componentes de esmerilhação. Um vagão de esmerilhação tem buggies de esmerilhação, um sistema hidráulico que fornece alimentação aos buggies e módulos de esmerilhação e dois sistemas de coleta de poeira. Os sistemas hidráulicos e de coleta de poeira são independentes em cada vagão de esmerilhação.

5 Figura 5: Principais componentes do vagão de esmerilhação - VG Cada vagão tem um sistema de esmerilhamento separado. O sistema consiste em três buggies de esmerilhamento. Os módulos de esmerilhação estão localizados dentro de cada buggy. Cada buggy tem 10 módulos de esmerilhação (figura 6). Figura 6: Layout do vagão de esmerilhação com três buggies de rebolos de 10 polegadas Vagão de Força (PC figura 7): o trem abriga dois geradores principais que ajudam a fornecer alimentação de tração elétrica para toda a máquina. O trem é posicionado entre o vagão de água e o vagão de suporte. O vagão de controle e o trem são semelhantes. A principal diferença é que o vagão de controle tem uma cabine, gerador auxiliar e gerador principal, enquanto o trem tem dois geradores principais e não tem cabine. Figura 7: Principais componentes do vagão de força PC Vagão Suporte (SC figura 8): contém dois compressores de ar, compartimento de trabalho, compartimento de conveniência, cabine e assoalho traseiro. O operador é posicionado na cabine do vagão de suporte durante longos percursos em marcha à ré. O vagão de suporte é o último vagão da composição da máquina e é a extremidade traseira da máquina quando ela está se movendo para frente. Também possui o computador do Removal NT e o computador do railscope, os quais são usados com o sistema de medição de perfil do trilho para determinar a qualidade do trilho depois de ser esmerilhado.

6 Figura 8: Principais componentes do carro suporte SC 3.4 DEFEITOS SUPERFICIAIS NO TRILHO (RCF) A capacitação de um inspetor de monitoramento de esmerilhamento implica, obrigatoriamente, que o mesmo tenha conhecimento do ponto mais importante do esmerilhamento: o gerenciamento do contato roda/trilho para obtenção de duas superfícies que permitam uma adequada distribuição de tensões de contato. Esse conjunto de técnica é primordial para conseguir alcançar os benefícios esperados da superfície final do boleto do trilho e da pista da roda. A superfície roda/trilho deve ter um bom acabamento, isenta de arestas e angulosidades (figura 9), que gerem pontos de concentração de tensões e geradores de trincas que evoluam para defeitos superficiais (RCF). Figura 9: Esmerilhamento lado esquerdo ruim e lado direito bom A esmerilhadora de trilhos só retira defeitos superficiais. Segundo Zarembski, os defeitos na superfície do boleto dos trilhos são encontrados em qualquer tipo de ferrovia. Estes defeitos superficiais podem ser divididos em: SPALLING (figura 10): -Trincas na cabeça do boleto (RCF) que causam remoção do material; -Altas cargas com escoamento. Figura 10: Presença do defeito spalling sobre o trilho Minicucci [2017]

7 3.4.2 SHELLING (figura 11): -Origina abaixo da superfície (RCF); -A trinca progride até a superfície no canto do trilho e causa remoção do material. Figura 11: Presença do defeito shelling sobre o trilho Minicucci [2017] SQUATS (figura 12): -Evento relacionado à fadiga de contato e irregularidades do trilho, como solda; -Alargamento do boleto; -Três classes diferentes (leve, médio e severo); -Podem causar fratura no trilho. Figura 12: Presença do defeito squats sobre o trilho Minicucci [2017] CORRUGADO (figura 13): -Superfície do trilho em forma de onda; -Ondas curtas (25 80 mm de comprimento) ou ondas longas ( mm); -Combinação de desgaste e deformação plástica com ressonância do sistema de suspensão do trem; - Possíveis danos em outros componentes da via. Figura 13: Presença do defeito corrugação sobre o trilho Minicucci [2017] HEAD CHECK (figura 14): -Provocado pela fadiga de contato a trincas iniciando-se no canto ou no centro do boleto; -Grau de severidade depende do espaçamento; -Pode causar fratura se não for tratado (esmerilhamento).

8 Figura 14: Presença do defeito corrugação sobre o trilho Minicucci [2017] 3.5 PADRÃO DE ESMERILHAMENTO A Esmerilhadora RG407 é de 90 rebolos e possui módulos independentes para cada motor tendo a possibilidade de uma cobertura arredondada de todo o boleto do trilho (figura 15). A RG407 tem para cada lado dos trilhos (esquerdo e direito) 45 rebolos independentes. Esta configuração da máquina possibilita a obtenção de um acabamento perfeito, sem arestas, para alcançar o perfil alvo do trilho indicado. Figura 15: Configuração dos rebolos no boleto do trilho Para que a RG407 esmerilhe o trilho e seja obtido o perfil desejado é usado um programa da máquina chamado Padrão de Esmerilhamento, o qual consiste em um conjunto de parâmetros que vão definir a quantidade e qualidade do metal a ser removido. Para cada curva e tangente será aplicado um padrão de esmerilhamento diferente. Os padrões estão destacando a área em todo o boleto do trilho de onde o metal será removido. A porção em negrito, sobre o boleto do trilho, está mostrando a localização da remoção do metal e os pontos mais altos são indicativos de mais remoção de metal, desse ponto particular. Assim, percebe-se que em alguns padrões o metal é removido da largura total do boleto do trilho, enquanto em outros padrões são muito agressivos na face do perfil do trilho. Na Esmerilhadora RG407 existem 42 padrões diferentes de esmerilhamento (figura 16).

9 Figura 16: Padrão de esmerilhamento da Esmerilhadora RG407 Cada padrão de esmerilhamento tem uma configuração diferente no posicionamento dos ângulos dos motores de esmerilhamento (figura 17). As pedras que trabalham para o lado da bitola recebem ângulos positivos (70º) e as pedras que trabalham para o lado do campo recebem ângulos negativos (-30º). Assim, um padrão define o ângulo e a potência de trabalho sobre o boleto do trilho. É fundamental que o inspetor de monitoramento tenha experiência suficiente para selecionar um padrão e, se necessário, fazer uma correção durante o esmerilhamento. Figura 17: Tela do ângulo e potência de esmerilhamento de cada motor elétrico

10 4. PERFIL DESEJADO DE TRILHO Um dos principais propósitos do esmerilhamento de trilhos é fazer interação de roda ferroviária favorável, conforme figura 18, para ter a área ideal de contato entre roda e trilho, reduzindo, assim, o estresse. Uma vez que a interação da roda ferroviária muda a faixa da curva suave para a acentuada e do trilho alto para o trilho baixo, o perfil de trilho alvo também precisa mudar para essas situações. A MRS possui seis perfis de trilhos-alvos: Contact Point Gauge (CPG), Contact Point Field (CPF), High Sharp (HS), Low Rail Sharp, High Mild (HM) e Low Rail Mild. No perfil CPF o contato da roda será para o lado do campo e no perfil CPG o contato será mais para o lado da bitola do trilho. Os perfis CPF e CPG serão usados para as tangentes e o HS será para trilhos altos de curva acentuada (Raio < 900 metros). O perfil HM aplica-se a trilhos altos de curva suave (Raio > 900 metros), o Low Rail Sharp a trilhos baixos de curva acentuada (Raio < 900 metros) e o Low Rail Mild a trilhos baixos de curva suave (Raio > 900metros). Figura 18: Imagem do trilho antes e depois de esmerilhado 5. SISTEMA DE MONITORAMENTO DE TRILHO A esmerilhadora possui sistemas de medição de perfil ferroviário baseados em laser (figura 19), conhecidos Como KLD e Railscope, para medir o perfil do boleto do trilho antes e depois do esmerilhamento. O KLD é um sistema de processamento de imagem óptico de ponta usado para fornecer dados dimensionais em tempo real de perfis de trilhos de alta resolução. Estes dados são solicitados e processados em tempo real para avaliar e monitorar as dimensões do perfil ferroviário. É um sistema de visão de máquina de alta velocidade que utiliza fontes de luz laser estruturado para iluminar a cabeça do trilho e câmeras CCD digitais de alta resolução para capturar imagens ferroviárias. Um computador é usado para analisar as imagens e para realizar as medidas necessárias. Figura 19: Projeção da luz do laser sobre o trilho

11 5.1. SISTEMA ORIAN KLD O perfil pós-terra é comparado com o perfil do trilho-alvo pelo um software instalado na máquina que é conhecido como GQI (Grind Quality Index), exibido durante a operação de esmerilhamento (figura 20). O GQI dá a indicação de aproximação do perfil do trilho desejado. O valor do GQI de 100% significa que foi alcançado o perfil-alvo dentro das tolerâncias especificadas. GQI valor de 80% ou acima pode ser considerado como OK. Um valor menor indica o desvio. Figura 20: Sistema Orion KLD monitoramento do esmerilhamento 5.2. SISTEMA RAILSCOPE É um sistema de captação de imagens em alta resolução (figura 21), que permite a visualização e gravação das imagens durante a circulação do veículo. Esse sistema possui dispositivos (fonte de luz) que promovem a iluminação do local inspecionado e esmerilhado, permitindo que a tarefa seja realizada durante a noite sem comprometer a qualidade das imagens geradas. Figura 21: Sistema Railscope imagem do trilho

12 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Considerando não haver farto material literário disponível para consulta e suporte ao tema, havendo, portanto, a necessidade de somar ao material bibliográfico disponível as impressões cotidianas da observação e ação deste autor, é possível que este artigo pareça pretensioso. Entretanto, motivou a escrita deste trabalho a constatação de que ainda que dispondo de refinada tecnologia para realizar o processo de esmerilhamento a empresa necessita de colaboradores capacitados para responder com rapidez e exatidão os resultados apresentados pelo programa. Por isso, o conceito de esmerilhamento, o funcionamento do carro de inspeção de trilhos (RIV) e da esmerilhadora RG407 pautaram este artigo no esclarecimento da importância do monitoramento durante a execução do esmerilhamento no boleto do trilho. Atingir o perfil desejado de trilho requer cuidadoso treinamento do inspetor de esmerilhamento assunto principal deste artigo. O treinamento adequado deverá incluir todas as etapas do processo operadas nos vagões, tendo base teórica e prática direcionada à capacitação apropriada de controle das operações de esmerilhamento e, devendo ser dado por pessoas experientes por não menos de três meses (Engineering Manual Track, p.9). AGRADECIMENTO A Deus, por conceder saúde e força para superar dificuldades; à minha família, pelo incentivo e apoio incondicionais; ao amigo Rômulo que colaborou com informações e dados importantes; ao Sr. Henrique Cabaleiro, incentivador do ingresso neste curso e,em especial, à MRS Logística, pela oportunidade oferecida. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACADEMIA MRS Engenharia de via & malha Ferroviária versão MRS 2011 autor : Water Vidon Júnior e equipe. Acesso: 6 de agosto de IHHA International Heavy Haul Association may LORAM Manual do usuário da RG407 Loram Maintenance of Way, Inc. RANDALL ANDERSON KLD Orion VIII system training & troubleshooting. SKI, A.M. The art and science of rail grinding. EUA. Agosto/2005. ZAREMBESKI, A.M.- The art and science of rail grinding. EUA. Agosto/2005. Emiliano Rodrigues Franco (emiliano.rodrigues@mrs.com.br) Especialização em Transporte Ferroviário de Cargas, pós-graduação em Engenharia de Transporte, Instituto Militar de Engenharia, Praça General Tibúrcio, 80 Urca, Rio de Janeiro RJ.