Esmerilhamento cíclico sob ponto de vista do conforto do usuário

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1 Esmerilhamento cíclico sob ponto de vista do conforto do usuário

2 RESUMO Cada vez mais existe uma preocupação das operadoras de transporte metropolitano de passageiros no aumento do conforto e na qualidade do deslocamento dos seus usuários. Um dos requisitos hoje exigidos, tanto pelos usuários, quanto pelos órgãos oficiais, é a redução da emissão de ruídos oriundos da circulação dos trens. Hoje em dia existem sistemas de amortecimento e atenuação do ruído secundário provocado pela passagem dos trens, como por exemplo barreiras acústicas, fixações de via utilizando materiais elastoméricos e sistemas de amortecimento tipo massa-mola, visando principalmente a população vizinha à linha. Porém existe um grande causador na geração do ruído da passagem dos trens, que é a qualidade do contato x trilho. Uma superfície de contato roda x trilho irregular, provoca, além do desgaste prematuro dos componentes envolvidos (fixações, trilhos, rodas, rolamento etc.), grandes acelerações e vibrações no material rodante, provocando falhas em equipamentos e, por final, temos a diminuição do conforto de viagem dos usuários pelo aumento das vibrações e acelerações além do nível de ruído interno no salão de passageiros. Este trabalho mostra a pesquisa, desenvolvimento e estabelecimento de um plano de esmerilhamento cíclico e preventivo da via permanente, com o objetivo da melhoria do contato roda x trilho, levando em conta como parâmetro direto e intrínseco na determinação deste plano, a diminuição do ruído interno dos trens.

3 1 HISTÓRICO A Concessionária onde foi desenvolvido este trabalho, recebeu através do Poder Concedente, um Trem Esmerilhador com características inéditas no Brasil, pois sua operação não era feita através de rebolos rotativos (tecnologia até então utilizada no Brasil), mas sim através de blocos abrasivos que fazem o trabalho de correção através de movimentos oscilatórios provocados pelo sistema hidráulico da máquina. Este veículo de esmerilhamento apresenta as seguintes características : Fabricante : Plasser & Theurer; Modelo : GWM-250; Ano de Fabricação :2009; Tração : Diesel com sistema tipo DPFS para filtragem dos gases do escapamento; Quantidade de carros de esmerilhamento : 2, com operação independente; Quantidade de blocos por carro de esmerilhamento : 12, sendo 6 em cada trilho; Postos de comando : 2. Na figura 1 é possível observar uma visão geral da máquina, onde é também possível observar os carros de esmerilhamento que estão posicionados entre os truques do veículo. Figura 1 : Visão Geral do Trem Esmerilhador GWM-250 durante os testes de fábrica na Áustria em 2009, onde é possível observar na parte central os dois carros de esmerilhamento com 12 blocos cada um.

4 Esta máquina apresenta também como diferencial, a não emissão de fagulhas durante o processo, graças ao modo de esmerilhamento através do movimento oscilatório. Adicionalmente é utilizada água para resfriamento e lubrificação dos blocos abrasivos e do trilho. Na figura 2, podemos observar o detalhe de um dos carros de esmerilhamento, onde é possível observar os blocos abrasivos e o mecanismo de bielas e braços que acionam o conjunto (semelhantes a uma locomotiva a vapor). Figura 2 : Detalhe de um dos carros de esmerilhamento do veículo. Através de pesquisa em bibliografia especializada (MARX, MOSSMAN, KULLMANN, Work Procedures for maintenance of Permanent Way of the DB Netz AG, 2006) foi possível verificar que este tipo de trem esmerilhador foi desenvolvido pela ferrovia Alemã (Deutsche Bahn) exclusivamente para a correção de defeitos superficiais do boleto do trilho tais como : desgaste ondulatório, pequenas deformações, escamações etc, portanto, não permitindo o reperfilamento dos ângulos e demais desgastes, diferentemente dos trens esmerilhadores até então existentes no Brasil. A cada etapa de esmerilhamento a quantidade de material retirada é de aproximadamente 0,03 mm, sendo que os trilhos no caso deste trabalho são do tipo 60E1 (antigo UIC60) com resistência a tração de 880 N/mm² e dureza superficial variando 280 até 310 HB.

5 2 DESENVOLVIMENTO DO ESTUDO A partir do conhecimento do perfil de operação e capacidade de trabalho desta maquina, a Concessionária iniciou o estudo e plano de utilização do equipamento. A estratégia inicialmente adotada, consistia em fazer levantamentos da ondulação existente nos trilhos, através de equipamento específico para medição deste parâmetro em intervalos trimestrais, e no caso da descoberta de locais com valores de ondulação acima dos estabelecidos, no caso 0,05 mm para a crista de ondas curtas (10 30 cm), era programada uma ordem de esmerilhamento corretivo para aquele local. Figura 3 : Equipamento para medição de corrugação. Esta estratégia logo se mostrou ineficaz, pois a velocidade e produtividade de medição é baixa (por volta de 1,5 km/noite de trabalho), além disso o equipamento não consegue detectar demais defeitos superficiais, como escamações por exemplo. Neste ponto, verificou-se que a qualidade do contato roda x trilho, determinada através da superfície de rolamento, influencia diretamente no ruído interno existente dentro dos trens. Com isso foi iniciado um estudo detalhado como forma de obter uma nova estratégia de esmerilhamento, sendo que o primeiro passo foi a realização de um levantamento detalhado do estado da superfície de rolamento dos trilhos, onde foi detectada a existência de pontos com pequenas escamações e ondulações nas regiões de curva e entrada/ saída de estações. Logo na sequência, foi feito o monitoramento do ruído interno dos trens, através da medição com decibelímetro durante a operação comercial. Essas medições foram comparadas com os dados referentes aos defeitos superficiais, chegando a conclusão que os pontos onde existiam os defeitos, eram os mesmos pontos onde ocorriam os maiores valores para o ruído interno.

6 Para efeito de comparação as medições feitas com o trem parado na estação, durante o embarque / desembarque de usuários, tinham como valor médio de 70 db, em circulação num trecho onde não existiam a ocorrência de defeitos superficiais, o valor médio encontrado foi de 80 db, porém, já nos trechos onde existiam defeitos superficiais, foram encontrados valores de até 100 db. Figura 4 : Ensaios de medição com o trem parado (E), em um trecho sem ocorrência de defeitos (C) e num trecho onde foram constatados defeitos superficiais (D). A origem dos defeitos superficiais encontrados, basicamente são interferências causados pelo contato roda x trilho, sendo eles : Corrugações no trilho interno em curvas com raio abaixo de 900 m, devido ao escorregamento causado pela diferença na velocidade angular nas rodas de um mesmo eixo, pela diferença dos raios entre o trilho externo (que causa uma velocidade angular maior) e o trilho interno (que causa uma velocidade angular menor). Ondulações com padrão curto, em locais de aceleração e frenagem constante dos trens, como por exemplo, entrada e saída de estações e região de aparelhos de mudança de via AMV s, pelo fato do alto torque exigido das rodas nessas regiões, provocar micro pantinações que não são percebidas pelos sistemas de proteção de frenagem e aceleração do material rodante, porém devido a sua alta freqüência, fazem surgir este tipo de defeito na via. As inspeções feitas na via, demonstraram também uma diferença na qualidade de fabricação dos trilhos que foram laminados por duas empresas distintas, sendo que um deles apresenta uma maior ocorrência de defeitos superficiais. Um parâmetro que pode ser utilizado para julgar os esforços do contato roda x trilho é o valor da aceleração lateral não compensada, sendo que então foram classificadas as curvas no trecho de operação comercial e definida uma periodicidade para o esmerilhamento preventivo, levando em conta o fabricante do trilho instalado naquele ponto, o raio da curva e o valor da aceleração lateral resultante do trem naquele ponto, tendo como origem a seguinte equação matemática :

7 Onde : α = aceleração lateral não compensada; g = aceleração da gravidade; V = velocidade do trem naquele ponto; R = Raio da Curva; S = Superelevação da Curva Com base nas variáveis definidas (fabricante do trilho, raio de curva e aceleração lateral), foi elaborada uma matriz para o estabelecimento das periodicidades de esmerilhamento através da soma da nota relativa ao raio da curva e da aceleração calculada. Classificação dos Raios de Curva R 400 m nota 2 400<R 600 m nota 1 R> 600 m nota 0 Classificação da Aceleração Calculada (a) a 0,6 m/s² nota 2 0,4 m/s² a < 0,6 m/s² nota 1 a < 0,4 m/s² nota 0 Nota global Trilho tipo A Trilho tipo B 0 12 meses 9 meses 1, 2 9 meses 6 meses 3, 4 6 meses 3 meses Em via reta 18 meses 12 meses Em plataforma 12 meses 9 meses Tabela 1 : Classificação e definição das periodicidades para as curvas Além da periodicidade e classificação das curvas, foram elaboradas periodicidades para as tangentes e região de plataformas de estação (aceleração e frenagem). Na tabela 2 é possível verificar uma parte do trabalho feito para classificação das curvas e estabelecimento da periodicidade do esmerilhamento cíclico preventivo.

8 LOCAL DE INSTALAÇÃO SP04-3-VPR-V02-T10-01CUR2029 SP04-3-VPR-V01-T10-01CUR1030 SP04-3-VPR-V01-T07-08CUR1019 SP04-3-VPR-V01-T10-07CUR1033 SP04-3-VPR-V02-T07-09CUR2019 SP04-3-VPR-V02-T10-08CUR2032 SP04-3-VPR-V01-T05-04CUR1011P SP04-3-VPR-V02-T06-03CUR2013 SP04-3-VPR-V01-T02-08CUR1005 SP04-3-VPR-V01-T02-11CUR1006 SP04-3-VPR-V01-T09-09CUR1028 SP04-3-VPR-V01-T06-02CUR1013 SP04-3-VPR-V02-T02-09CUR2005 SP04-3-VPR-V02-T02-11CUR2006 SP04-3-VPR-V02-T05-04CUR2011P SP04-3-VPR-V02-T09-10CUR2027 SP04-3-VPR-V01-T04-06CUR1011A SP04-3-VPR-V01-T05-01CUR1011A SP04-3-VPR-V01-T05-02CUR1011A SP04-3-VPR-V02-T04-06CUR2011A SP04-3-VPR-V02-T05-01CUR2011A SP04-3-VPR-V02-T05-02CUR2011A SP04-3-VPR-V01-T01-05CUR1002 SP04-3-VPR-V02-T01-03CUR2002 RAIO SUPERELEVAÇÃO VELOCIDADE DEF SUPERELEVAÇÃO ACELERAÇÃO LATERAL (M/S2) 300, ,5 0,53 303, ,9 0,52 350, ,8 0,69 350,1 114,8 0,75 353, ,9 0,67 353,6 112,9 0,74 400, ,9 0,69 400,0 89,9 0,59 400,1 89,9 0,59 400,1 89,9 0,59 400,1 89,9 0,59 403,5 88,4 0,58 403,6 88,3 0,58 403,6 88,3 0,58 403, ,3 0,68 403,6 88,3 0,58 420, ,6 1,09 420, ,6 0,94 420, ,6 0,63 423, ,2 1,08 423, ,2 0,93 423, ,2 0,62 500, ,3 0,43 500, ,3 0,43 Tabela 2 : Classificação das curvas para definição das periodicidades. Na figura 5, é possível observar a superfície de rolamento antes e após o esmerilhamento, sendo notável a mudança na qualidade do contato roda x trilho. Figura 5 : Aspecto da superfície de rolamento antes (E) e depois (D) do esmerilhamento

9 3 - CONCLUSÃO Foi possível observar uma melhora significativa na superfície de contato roda x trilho após o estabelecimento do plano de esmerilhamento cíclico. O resultado imediato foi a diminuição do ruído interno dentro do salão de passageiros do trem para um nível de aproximadamente db, com o aumento do conforto dos usuários, como é possível observar nas figuras abaixo. O desgaste do trilho não é alterado em função do esmerilhamento cíclico, pois a quantidade de material retirada em cada ciclo, aproximadamente 0,03 mm, é menor do que o efeito provocado pelo desgaste do trilho em virtude de uma qualidade do contato roda x trilho ruim. Além disso, como conseqüência indireta deste trabalho, houve uma diminuição (não mensurada) das acelerações que o trem é submetido, ajudando a preservação e disponibilidade dos sistemas embarcados. Figura 6 : Comparação das medições antes (E) e após o esmerilhamento cíclico (D).