comportamento din¢mico do vag£o gde na passagem sobre o

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  • GFMS

    INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

    SEO DE FORTIFICAO E CONSTRUO

    CURSO DE ESPECIALIZAO DE TRANSPORTES FERROVIRIO DE CARGA

    MRS / VALE

    GUILHERME FABIANO MENDONA DOS SANTOS

    COMPORTAMENTO DINMICO DO VAGO GDE NA PASSAGEM SOBRE O

    TRAVESSO

    Rio de Janeiro

    2008

  • GFMS ii

    INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

    CURSO DE ESPECIALIZAO DE TRANSPORTES FERROVIRIO DE CARGA

    MRS / VALE

    GUILHERME FABIANO MENDONA DOS SANTOS

    COMPORTAMENTO DINMICO DO VAGO GDE NA PASSAGEM SOBRE O

    TRAVESSO

    Monografia apresentada ao Curso de Especializao

    em Transportes Ferrovirio de Carga do Instituto

    Militar de Engenharia, como requisito para

    diplomao.

    Orientador: Prof. Luiz Antonio Silveira Lopes, Dr.

    Tutor: Eng. Edlson Jun Kina

    Rio de Janeiro

    2008

  • GFMS iii

    INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA

    Praa General Tibrcio, 80 Praia Vermelha

    Rio de Janeiro - RJ CEP: 22290-270

    Este exemplar de propriedade do Instituto Militar de Engenharia e da VALE

    (COMPANHIA VALE DO RIO DOCE), que poder inclu-lo em base de dados,

    armazenar em computador, microfilmar ou adotar qualquer forma de arquivamento.

    permitida a meno, reproduo parcial ou integral e a transmisso entre

    bibliotecas deste trabalho, sem modificao de seu texto, em qualquer meio que

    esteja ou venha a ser fixado, para pesquisa acadmica, comentrios e citaes,

    desde que sem finalidade comercial e que seja feita a referncia bibliogrfica

    completa.

    Os conceitos expressos neste trabalho so de responsabilidade do autor e do

    orientador.

  • GFMS 1/78

    AGRADECIMENTOS

    Agradeo VALE (Companhia Vale Rio Doce) pela oportunidade, patrocnio e

    crdito na construo deste trabalho.

    Ao Instituto Militar de Engenharia (IME), meus sinceros agradecimentos pela

    hospitalidade e ensinamentos transmitidos.

    Ao Prof. Dr. Luiz Antnio Silveira Lopes e ao Sr. Manuel Mendes, muito obrigado

    pelos incentivos, conselhos e amizade que formaram um dos pilares deste curso.

    Minha famlia, meu alicerce, minha vida. Obrigado! Minhas ausncias, aqui

    parcialmente se justificam.

    Aos colegas de turma deste curso que alm de sermos colegas de trabalho,

    construmos uma amizade para vida toda.

    Deus!!! Criador e responsvel por tudo o que fazemos. Glrias ao Senhor!!!

  • GFMS 2/78

    SUMRIO

    1 INTRODUO .................................................................................................... 9

    1.1 Objetivos .................................................................................................... 11

    1.2 Justificativa ................................................................................................. 12

    1.3 Organizao ............................................................................................... 12

    2 INTRODUO TEORIA DO CONTATO RODA E TRILHO ........................... 14

    2.1 Escorregamento e foras de escorregamento ........................................... 15

    2.2 Contato elptico entre roda e do trilho ........................................................ 17

    2.3 Foras no contato roda e trilho ................................................................... 19

    2.4 Adeso entre a roda e o trilho .................................................................... 22

    2.5 Desgaste do contato roda e trilho............................................................... 25

    2.6 Propriedades do contato roda e trilho ........................................................ 26

    3 CONCEITOS BSICOS DA DINMICA VEICULAR E LIMITES DE

    SEGURANA OPERACIONAL ................................................................................ 29

    3.1 Caracterizao da via permanente............................................................. 29

    3.2 Mecanismo de direcionamento do rodeiro ferrovirio................................. 33

    3.3 Mecanismo de Direcionamento Truque Ferrovirio.................................... 38

    3.4 Modos de movimento do vago ferrovirio ................................................ 41

    3.5 Limites de segurana operacional .............................................................. 43

    3.5.1 Equao de Nadal ............................................................................................. 43

    3.5.2 Proposio de Barbosa ..................................................................................... 46

    3.5.3 Limites determinados pela norma da AAR ...................................................... 47

    4 MODELAGEM DO VAGO GDE E DA VIA PERMANENTE ............................ 48

    4.1 Modelagem do vago GDE ........................................................................ 48

    4.2 Modelagem da via permanente .................................................................. 49

    5 RESULTADOS DA SIMULAO COMPUTACIONAL ...................................... 55

    6 CONCLUSES E RECOMENDAES FINAIS ............................................... 73

    7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .................................................................. 75

  • GFMS 3/78

    LISTA DE ILUSTRAES

    Figura 1.1 Regio do travesso (AMV).................................................................. 11

    Figura 2.1 Diagrama dos parmetros que interferem no contato roda e trilho ...... 15

    Figura 2.2 Roda e Trilho em Contato .................................................................... 16

    Figura 2.3 Contato Roda e Trilho, (Almeida, 2006). .............................................. 17

    Figura 2.4 Contato Roda e Trilho (a) vista lateral e longitudinal (b) ....................... 18

    Figura 2.5 Relao entre fora de arraste e deslocamento ................................... 20

    Figura 2.6 Ilustrao da rigidez de contato, Barbosa (1.999) ................................ 21

    Figura 2.7 Fora de escorregamento em funo do deslocamento ....................... 21

    Figura 2.8 Distribuio de tenso na regio de contato roda e trilho ..................... 24

    Figura 2.9 Rodeiro ferrovirio, bitolas de eixamento e da via permanente, Barbosa

    (2000) ................................................................................................................ 28

    Figura 3.1 Representao das irregularidades da via permanente ....................... 31

    Figura 3.2 Superelevao em curvas .................................................................... 32

    Figura 3.3 Representao geomtrica de uma curva ............................................ 33

    Figura 3.4 Busca do rodeiro pelo centro da via. .................................................... 33

    Figura 3.5 Comportamento lateral estvel ............................................................. 34

    Figura 3.6 Comportamento lateral estvel e cclico ............................................... 35

    Figura 3.7 Comportamento lateral instvel ............................................................ 35

    Figura 3.8 Movimento senoidal de um rodeiro na via. ........................................... 36

    Figura 3.9 Modelo da dinmica lateral do rodeiro, Barbosa 1.999 ........................ 37

    Figura 3.10 Truque ferrovirio (3 peas), Sisdelli 2.006. ....................................... 39

    Figura 3.11 Modos clssicos de movimento do vago, Barbosa 2007 .................. 42

    Figura 3.12 Contato roda-trilho e foras envolvidas .............................................. 44

    Figura 3.13 Representao grfica da Equao de Nadal .................................... 45

    Figura 4.1 Dimenses bsicas do vago GDE ...................................................... 48

    Figura 4.2 Representao grfico do modelo matemtico do GDE ....................... 49

    Figura 4.3 Viso geral do AMV da Locao 22 ..................................................... 50

    Figura 4.4 Geometria do AMV da Locao 22, Barbosa 2007 .............................. 51

    Figura 4.5 Planta da regio do AMV Locao 22 (Linha 2 para 1) ........................ 51

    Figura 4.6 Bitola da via (Linha 2 para 1) ................................................................ 52

    Figura 4.7 Superelevao da via (Ref. Linha 1, Linha 2 para 1) ............................ 52

  • GFMS 4/78

    Figura 4.8 Planta da regio do AMV Locao 22 (Linha 1 para 2) ........................ 53

    Figura 4.9 Bitola da via (Linha 1 para 2) ................................................................ 53

    Figura 4.10 Superelevao da via (Ref. Linha 1, Linha 1 para 2) .......................... 54

    Figura 5.1 Contato roda nova AAR 1:20 e trilho novo ........................................... 56

    Figura 5.2 ngulo de contato roda nova AAR 1:20 e trilho novo ........................... 56

    Figura 5.3 Contato roda usada e trilho novo.......................................................... 57

    Figura 5.4 ngulo de contato roda usada e trilho novo ......................................... 57

    Figura 5.5 Contato Hollow Wheel e trilho novo ...................................................... 58

    Figura 5.6 ngulo de contato Hollow Wheel e trilho novo ..................................... 58

    Figura 5.7 Limite de Nadal para diferentes perfis de rodas ................................... 60

    Figura 5.8 Ampara Balano padro, roda desgasta, 55 km/h................................ 62

    Figura 5.9 Ampara Balano padro, roda hollow, 55 km/h .....................................