Controle de velocidade de trens em rampa

Sapatas de composição x Sapatas de ferro fundido

Leonardo Pessoa

Introdução

Objetivo

Comparativo quantitativo entre materiais utilizados nas sapatas de freio de

locomotivas e de vagões de carga;

Vantagens e desvantagens da utilização de ferro fundido ou composição nas sapatas

de freio;

Relacionar estes comparativos durante o controle de velocidade de um trem em uma

rampa;

Introdução

Como se comportariam em um mesmo trem em um mesmo trecho e na mesma

velocidade os dois tipos de sapatas de freio? Qual delas seria mais econômica? Qual

seria mais segura?

Definições

Perfil (Trecho) e composição sugeridos

Locomotivas: 1 x Dash9-BB40;

Vagões de carga: 100 x Vagão típico para transporte de minério;

Dash 9

Vagões de carga

Coeficiente de atrito x Condições do trilho

Valores definidos por Douglas Galton e George Westinghouse + valores aplicados atualmente

Velocidade de estabilidade da composição (Trecho A-B)

36 km/h

Trecho B-C

Limite de velocidade: 36 km/h;

Motor Diesel em Idle (Não há geração de potência na locomotiva);

Desenvolvimento

Força de impulsão do trem (Gravidade)

115.526 kgf

Constante Crescente com a velocidade Constante

Coeficiente de atrito Sapata-Roda

115.526 kgf

Resultados

Força de frenagem para a composição sugerida

P – Pressão [kgf/cm²]S – Área do pistão do cilindro de freio [cm²]r – coeficiente de multiplicação de alavancas da timoneria de freioε – eficiêncian – Número de cilindros de freioμ – coeficiente de atrito da sapata com a roda

Pressão necessária para manter a velocidade (36 km/h)

Equalizando a Força de frenagem à Força de impulsão, tem-se:

A pressão necessária para se manter o trem à 36 km/h, utilizando-se sapatas de

composição é 60% menor do que a necessária para sapatas de ferro fundido.

Taxa de frenagem

A AAR define os limites de taxa de frenagem para locomotivas e vagões de carga

conforme valores abaixo:

Locomotivas utilizando sapatas de composição: 32,5%;

Locomotivas utilizando sapatas de ferro fundido: 65%;

Vagões carregados: 8,5%;

Valores encontrados:

Conclusões

Vantagens das sapatas de composição

Coeficiente de atrito maior em qualquer velocidade;

Curva de atrito praticamente paralela* à curva de aderência da locomotiva;

Vida útil elevada;

Redução do desgaste de rodas;

Possibilidades quando em uso de sapatas de composição

SEGURANÇA: Quantidade maior de ar (pressão) disponível para situações de

emergência; Risco de travamento da rodas durante a parada do trem praticamente*

eliminado;

REDUÇÃO DE PESO: Cilindros de freio podem ser reduzidos;

SIMPLIFICAÇÃO: Timonerias de freio podem ser menos complexas;

OTIMIZAÇÃO: Pode-se chegar a um ponto ótimo entre os itens anteriores;

Fim