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ENGENHARIA CIVILFERROVIAS

1. INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE TRANSPORTES

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Samuel Rodrigues Lopes Sobrinho

Formação Acadêmica:

Pós-Graduação em Lean ManufactureUniville – Universidade da Região de Joinville

Pós-Graduação Gestão da Qualidade Six-SigmaFAE Business School

Graduação em Administração Industrial Univille – Universidade da Região de Joinville

Técnico em Processamento de Dados / Técnico em MecânicaE-mail: ssobrinhoo@gmail.com

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ARTIGOANÁLISE DO COMPORTAMENTO DINÂMICO DE UM VAGÃO SUBMETIDO À EXCITAÇÃO HARMÔNICA POR MEIO DE SIMULAÇÃO MULTICORPOS 1º Lucas de Castro Valente*, 2º Raphael Marotta, 3º Vitor Mainenti 4º Fernando Nogueira 1 Gerência de Engenharia de Material Rodante, Av. Brasil, 2001, 36060-010, Juiz de Fora, Minas Gerais 2 Universidade Federal de Juiz de Fora- Departamento de Engenharia Mecânica e Produção, Campus UFJF – 4a Plataforma – Setor de Tecnologia 36036-330 – Juiz de Fora – MG e-mail: 1º lucas.valente@mrs.com.br*, 2º raphael.marotta@mrs.com.br 3º vmainenti@gmail.com 4º fernando@engenharia.ufjf.br

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DINÂMICO DE UM VAGÃO SUBMETIDO À EXCITAÇÃO HARMÔNICA POR MEIO DE

SIMULAÇÃO MULTICORPOS

Acadêmico: Rodrigo DebastianiCurso: Engenharia CivilFase: 9ªMatéria: FerroviasProfessor: Samuel Rodrigues Lopes Sobrinho

Competitividade;

Serviços/Produtos: Melhor qualidade; Menor preço; Prazo de entrega reduzido.

Transit Time ( tempo médio do percurso): Aumento da velocidade; Novas formações operacionais.

Introdução

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MRS Logística.

Tecnologia;

Veiculo - Via - Esforços Operacionais

Esforços Operacionais: Matriz de Inércia; Rigidez; Amortecimento.

Introdução

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Fonte: MRS Logística, 2016.

MRS Logística

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Hoje é possível encontrar diversos softwares de simulação dinâmica, nos quais parâmetros são aferidos. Dentre estes softwares, tem-se a plataforma do VAMPIRE, que é a utilizada na MRS.

Introdução

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Parâmetros de via reais, medidos pelo carro controle da via permanente (TrackSTAR)

Fonte: MRS Logística, 2016.

Introdução

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Modelo de vagão com as características dos vagões da MRS;

Vagão Gôndola (GDT) - MRS Peso bruto máximo: 120.000 kgTara: 20.500 kg Capacidade de carga: 99.500 Kg Capacidade volumétrica: 45 m³ Principais usos: minério de ferro Característica: descarga em “car-dumpers”

Fonte: AmstedMaxion, 2016.

Introdução

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Esforços operacionais provenientes do simulador de condução da Engenharia de Operação.

Fonte: MRS Logística, 2016.

Introdução

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Desenvolver uma metodologia para estudar o aumento da velocidade de vagões em trechos extensos.

Com o aumento da velocidade de vagões GDT na ferrovia do aço de 50 km/h para 64 km/h.

Para isto é necessário identificar frequências de excitações harmônicas que possam causar ressonância e submeter os vagões ao risco de descarrilamento.

Objetivos

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Figura 1 - Modos de vibrar de um veículo

Objetivos

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Modelagem dos vagões; Modelagem da via; Identificação dos pontos críticos da interação vagão - via.

Metodologia

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Vagões GDT: Truque Ride Master 6.1/2” x 9”; Truque Barber 6.1/2” x 12”.

Modelagem do Vagão

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Truque

Fonte: Avaliação Dinâmica de Veículos Ferroviários através de um Sistema de Multicorpos, 2010.

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Identificar as frequências naturais do vagão; Modo de vibrar em rolagem de caixa.

VAMPIRE: Autovalor (Eigenvaule); Transiente (Transient).

Analise do Modal

Modelagem do Vagão

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Por meio deste método, podem-se obter as frequências naturais e o fator de amortecimento de cada modo de vibrar.

Frequência Modo fn (Hz) ¶ fd (Hz)

1 Rolagem comcentro baixo

0,82 0,05 0,82

2 Guinada 1,55 0,17 1,52

3 Vertical 1,99 0,08 1,98

4 Arfagem 2,31 0,09 2,30

5 

Rolagem comcentro alto

3,09 0,19 3,04

Tabela 1 – Resultados da Análise Modal

Autovalor (Eigenvaule)

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Método com maior precisão, e o mais utilizado no VAMPIRE, pois considera todas as não-linearidades existentes no modelo do vagão.

Neste método o software leva em consideração a solução da equação particular para vibração forçada do sistema massa, mola e amortecedor.

Transiente (Transient)

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Transiente (Transient)

Figura 2 – Amplitude de deslocamento sem atuação das cunhas de fricção

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Transiente (Transient)

Figura 4 – Amplitude de deslocamento com atuação das cunhas de fricção

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Figura 2 – Amplitude de deslocamento sem atuação das cunhas de fricção

Figura 4 – Amplitude de deslocamento com atuação das cunhas de fricção

Transformada de Fourier

Transiente (Transient)

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Figura 3 – Espectro obtido para obter frequência natural (fn)

Transiente (Transient)

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Figura 5 – Espectro obtido para obter frequência natural (fd)

Transiente (Transient)

Figura 3 – Espectro obtido para obter frequência natural (fn)

Figura 5 – Espectro obtido para obter frequência natural (fd)

Frequência Natural de Rolagem de Caixa 0,78 Hz

Frequência Natural de Rolagem de Caixa 0,8 Hz

Transiente (Transient)

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Norma AAR (Associação Americana de Ferrovias); ◦ Capitulo XI da seção C-II - Manual de Padrões e

Recomendações práticas;

Twist and Roll (Torção e Rolamento);

Via Modelada: Três trechos com 420 m (total 1260 m).

40, 50 e 64 km/h

Modelagem da Via

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ResultadosVelocidade

(km/h)Máximo alívio

de rodasÂngulo derolagem L/V 

40 25,01% 0,96° 0,0550 27,15% 1,34° 0,0764 44,63% 4,00° 0,24

• Alívio de rodas: Percentual máximo de 90%, desde que por uma distância inferior a 3 pés e por um tempo inferior a 50 ms.

• Ângulo de rolagem: Máximo de 6° de pico a pico. • L/V: Valor máximo de 1, desde que por uma distância inferior a 3 pés e

por um tempo inferior a 50 ms. Tabela 2 – Resultados da Simulação

Resultados

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Dados para cálculo: Frequências fixas; Velocidade Variável; Comprimento de Onda Variável.

Combinações Críticas

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Construção do diagrama que contempla as combinações críticas para o movimento de rolagem harmônica de caixa para o Vagão GDT com truque Ride Master 6.1/2” x 9”.

Figura 11 – Diagrama

Combinações Críticas

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Identificação dos comprimentos de onda nocivos ao comportamento dinâmico do vagão:

Medições do Carro de Controle TrackSTAR; Transformada de FOURIER; Software MATLAB.

Combinações Críticas

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Figura 12 – Aplicação do algoritmo no MATLAB

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Combinações Críticas

Para realizar o aumento de velocidade de tráfego de vagões GDT de forma segura, devem-se identificar os locais onde existe desnivelamento transversal com comprimentos de onda apontados como nocivos para o movimento de rolagem de caixa no diagrama da figura 11.

Após os locais serem identificados, nos trechos considerados nocivos, deve-se realizar uma manutenção diferenciada na amplitude das irregularidades de desnivelamento cruzado e também nas demais irregularidades de geometria que possam causar força lateral como alinhamento e variação de bitola.

Conclusão

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A metodologia utilizada pode ser aplicada para qualquer modelo de veículo e velocidade.

O diagrama desenvolvido pode ser utilizado para fácil determinação das combinações críticas entre veículo, via e operação. Sendo possível, portanto avaliar de forma rápida novas condições operacionais, manutenções na via permanente e auxiliar nas investigações de eventuais descarrilamentos que tenham ocorrido.

Conclusão

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