Apostila Sistema de Freios - UNIVIX

Faculdade Brasileira - UNIVIX

Dinâmica e Frenagem Ferroviária

Elaborado por:

José Luiz Borba Mauro Antônio Bergantini Coordenadores do Programa: José Heleno Ferracioli Nunes Isabela de Freitas Costa V. Pylro

Vitória - ES Fevereiro – 2011

Prefácio

“Feliz aquele que transfere o que sabe e aprende o que ensina.” Cora Coralina

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Sumário 1

Freio Automático......................................................................................... 1

1.1

Introdução .................................................................................................. 2

1.2

Histórico ..................................................................................................... 4

2

Equipamento de Freio 26-L.......................................................................... 9

2.1

Introdução ................................................................................................ 10

2.2

Equipamentos das locomotivas ................................................................. 11

2.2.1

Sistema de alimentação de ar comprimido ................................................ 13

2.2.1.1

Produção de ar comprimido ...................................................................... 14

2.2.1.1.1

Funcionamento do compressor ................................................................. 16

2.2.1.2

Armazenamento do ar comprimido ........................................................... 18

2.2.1.2.1

Válvula de dreno automático ..................................................................... 19

2.2.1.2.2

Torneira de isolamento do reservatório principal....................................... 21

2.2.1.2.3

Válvula de segurança E7-C ........................................................................ 22

2.2.1.2.4

Válvula de retenção do reservatório principal ............................................ 23

2.2.1.2.5

Torneira Interruptora ................................................................................ 24

2.2.1.3

Condicionamento do ar comprimido ......................................................... 25

2.2.1.3.1

Regulador do compressor ......................................................................... 26

2.2.1.3.2

Torneira de sobrecarga do compressor ..................................................... 28

2.2.1.3.3

Manômetros duplos de ar ......................................................................... 29

2.2.1.3.4

Filtros e secador de ar ............................................................................... 30

2.2.2

Distribuição .............................................................................................. 32

2.2.2.1

Encanamento geral.................................................................................... 33

2.2.2.1.1

Válvula de freio de emergência ................................................................. 34

2.2.2.1.2

Válvula de descarga n.º 8 ou válvula de descarga KM ................................ 35

2.2.2.2

Encanamento equilibrante dos reservatórios principais ............................. 37

2.2.2.2.1

Válvula de retenção do encanamento equilibrante dos reservatórios principais .................................................................................................. 38

2.2.2.3

Encanamento equilibrante dos cilindros de freio ....................................... 39

2.2.2.4

Torneiras extremas ................................................................................... 40

2.2.2.5

Mangueiras de freio .................................................................................. 41

2.2.3

Controle.................................................................................................... 43

2.2.3.1

Manipulador automático 26-C ................................................................... 44

2.2.3.1.1

Punho do manipulador automático ............................................................ 46

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Professor: José Luiz Borba

I

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

2.2.3.1.2

Válvula interruptora do manipulador automático ....................................... 49

2.2.3.1.3

Válvula reguladora .................................................................................... 51

2.2.3.1.4

Válvula-relé ............................................................................................... 52

2.2.3.1.5

Válvula Interruptora do encanamento geral ............................................... 53

2.2.3.1.6

Válvula de descarga .................................................................................. 54

2.2.3.1.7

Válvula de emergência .............................................................................. 55

2.2.3.1.8

Válvula de supressão ................................................................................. 56

2.2.3.1.9

Reservatório equilibrante .......................................................................... 57

2.2.3.1.10

Válvula Interruptora do reservatório equilibrante ....................................... 58

2.2.3.2

Manipulador independente SA-26 .............................................................. 59

2.2.3.2.1

Válvula de Controle 26-F ........................................................................... 62

2.2.3.2.1.1

Funcionamento da válvula de controle 26-F ............................................... 68

2.2.3.2.2

Válvula-relé J-1 .......................................................................................... 74

2.2.3.2.2.1

Funcionamento da válvula-relé J-1 ............................................................. 76

2.2.3.2.3

Válvula-relé J-1.6.16 ou válvula-relé J-1.4.14 .............................................. 78

2.2.3.2.4

Válvula-relé HB-5 ....................................................................................... 80

2.2.3.2.5

Válvula de transferência MU-2A ................................................................. 81

2.2.3.2.5.1

Funcionamento da válvula MU-2A .............................................................. 82

2.2.3.2.6

Válvula seletora F-1 ................................................................................... 84

2.2.3.2.6.1

Funcionamento válvula seletora F-1 ........................................................... 86

2.2.3.3

Controles de segurança do trem................................................................ 89

2.2.3.3.1

Válvula de aplicação de freio P2-A ............................................................. 91

2.2.3.3.1.1

Funcionamento da válvula de aplicação de freio P2-A ................................ 94

2.2.3.4

Dispositivo de proteção contra fracionamento de trem – quebra de trem .......................................................................................................... 98

2.2.3.4.1

Funcionamento da válvula interruptora de carregamento A-1 .................... 99

2.2.3.5

Dispositivo de intertravamento do freio dinâmico .................................... 103

2.2.3.6

Equipamento de controle de patinação de rodas ..................................... 104

2.2.3.6.1

Funcionamento do equipamento de controle de patinação de rodas ........ 105

2.2.3.7

Dispositivo de locomotiva morta ............................................................. 107

2.2.4

Aplicação ................................................................................................ 109

2.2.4.1

Cilindro de Freio ..................................................................................... 110

2.2.4.1.1

Criação de pressão no cilindro de freio da locomotiva ............................. 112

2.2.4.2

Ajustador de folga................................................................................... 113

2.2.4.3

Sapatas de freio ...................................................................................... 114

2.2.4.4

Freio manual da locomotiva .................................................................... 118

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II

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

2.3

Equipamentos dos vagões ....................................................................... 120

2.3.1

Distribuição ............................................................................................ 122

2.3.1.1

Torneiras extremas ................................................................................. 123

2.3.1.2

Mangueiras de freio ................................................................................ 125

2.3.1.3

Válvula de descarga ................................................................................ 126

2.3.2

Controle.................................................................................................. 127

2.3.2.1.1

Válvula de controle AB ............................................................................ 129

2.3.2.1.2

Válvula de controle ABD .......................................................................... 132

2.3.2.1.3

Válvula de controle ABDW ....................................................................... 134

2.3.2.1.4

Válvula de controle DB-60 ....................................................................... 135

2.3.2.2

Reservatório combinado .......................................................................... 136

2.3.2.2.1

Coletor de pó combinado com torneira de isolamento............................. 138

2.3.2.3

Retentor de controle de alívio ................................................................. 139

2.3.3

Aplicação ................................................................................................ 141

2.3.3.1

Timoneria de freio .................................................................................. 142

2.3.3.2

Equipamento vazio/carregado ................................................................. 144

2.3.3.3

Ajustador automático de folga ................................................................ 153

2.3.4

Freio manual dos Vagões ........................................................................ 155

3

Sistema de Freio a Ar Controlado por Computador .................................. 157

3.1

Introdução .............................................................................................. 158

3.1.1

Módulo de Processador Integrado - IPM ................................................... 162

3.1.2

Unidade de controle eletropneumático – EPCU......................................... 165

3.1.3

Módulo de interligação dos relés – RIM ................................................... 168

3.1.4

Válvula de freio eletrônico – EBV ............................................................. 169

3.1.5

Módulo de interface com o operador ou display – OIM ............................ 171

4

Freio Eletro Pneumático de Vagões .......................................................... 173

4.1

Conceitos básicos ................................................................................... 174

4.2

Sistema de controle de freio EP-60 .......................................................... 176

4.2.1

Equipamento da locomotiva .................................................................... 177

4.2.2

Equipamento do vagão ............................................................................ 184

4.2.3

Dispositivo auxiliar da extremidade do trem – AED ................................. 188

4.2.4

Comunicações da linha do trem .............................................................. 190

4.3

Frenagem do trem .................................................................................. 191

4.3.1

Inicialização do trem ............................................................................... 192

4.3.2

Bloqueio de segurança da linha do trem .................................................. 193

4.3.3

Varredura manual ................................................................................... 194

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III

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

4.3.4

Configuração do trem ............................................................................. 195

4.3.5

Comandos de frenagem .......................................................................... 196

4.3.6

Registro de dados ................................................................................... 197

4.4

Controle de freio do trem ECP ................................................................. 199

4.4.1

O sistema WireDP .................................................................................... 200

5

Dinâmica da Frenagem ............................................................................ 203

5.1

Introdução .............................................................................................. 204

5.2

Força de frenagem .................................................................................. 209

5.2.1

Força transmitida pelos cilindros ............................................................. 210

5.2.2

Relação Total de alavancas ...................................................................... 211

5.2.3

Rendimento da timoneria ........................................................................ 213

5.2.4

Exemplo .................................................................................................. 214

5.3

Taxa de frenagem ................................................................................... 215

5.3.1

Exemplo .................................................................................................. 216

5.3.2

Taxa de frenagem dos vagões ................................................................. 217

5.3.3

Taxa de frenagem das locomotivas ......................................................... 218

5.3.4

Exemplo .................................................................................................. 219

6

Manuseio dos Trens ................................................................................ 221

6.1

Introdução .............................................................................................. 222

6.2

Recomendações na operação dos freios .................................................. 223

6.3

Partida de um trem ................................................................................. 225

6.3.1

Trecho em nível ...................................................................................... 226

6.3.2

Trecho em rampa ascendente.................................................................. 227

6.3.3

Trecho em rampa descendente................................................................ 229

6.3.4

Trecho em rampa ascendente com movimento a ré ................................. 230

6.3.5

Trecho em rampa descendente com movimento a ré e com trem esticado .................................................................................................. 231

6.3.6

Trecho em rampa descendente com movimento a ré e com o trem encolhido ................................................................................................ 232

6.4

Parada de um trem .................................................................................. 233

6.4.1

Trecho em rampa descendente com auxílio do freio dinâmico ................. 234

6.4.2

Trecho em rampa descendente sem auxílio do freio dinâmico ................. 236

6.4.3

Trecho em rampa descendente com o trem encolhido ............................. 237

6.4.4

Trecho em rampa ascendente com o trem esticado por redução do acelerador ............................................................................................... 238

6.4.5

Trecho em rampa ascendente trem encolhido com movimento a ré ......... 239

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IV

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

6.4.6

Trecho em rampa descendente trem esticado com movimento a ré ......... 240

6.5

Redução ou controle da velocidade de um trem ...................................... 241

6.5.1

Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e com o auxílio do freio dinâmico .................................................................................... 242

6.5.2

Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e sem o auxílio do freio dinâmico .................................................................................... 243

6.5.3

Trecho em rampa ascendente trem esticado através de redução do acelerador ............................................................................................... 244

6.5.4

Trecho com ponto de inflexão (crista) através da redução do acelerador ............................................................................................... 245

6.5.5

Trecho ondulado através da modulação do acelerador ............................ 246

6.5.6

Trecho ondulado através dos freios a ar .................................................. 247

7

Referências Bibliográficas ........................................................................ 249

7.1

Bibliografia ............................................................................................. 250

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V

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VI

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Figuras Figura 1.1

Aplicação dos freios nos primórdios da ferrovia .......................................... 2

Figura 1.2

Sistema de freio pneumático ....................................................................... 3

Figura 1.3

George Westinghouse ................................................................................. 4

Figura 1.4

Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Direto................................. 5

Figura 1.5

Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Automático ........................ 6

Figura 1.6

Carregamento do sistema ........................................................................... 7

Figura 1.7

Aplicação do freio ....................................................................................... 7

Figura 1.8

Alívio do freio ............................................................................................. 8

Figura 2.1

Localização dos principais componentes do sistema de freio na locomotiva ................................................................................................ 11

Figura 2.2

Sistema de freio da locomotiva.................................................................. 12

Figura 2.3

Sistema de alimentação de ar comprimido ................................................ 13

Figura 2.4

Compressor alternativo ............................................................................. 14

Figura 2.5

Compressor acionado diretamente pelo motor diesel ................................ 14

Figura 2.6

Compressor acionado por motor elétrico .................................................. 15

Figura 2.7

Resfriador intermediário refrigerado a água .............................................. 16

Figura 2.8

Resfriador intermediário refrigerado por ventilação forçada ...................... 16

Figura 2.9

Posicionamento da válvula de segurança do resfriador intermediário ........ 17

Figura 2.10 Localização dos reservatórios principais .................................................... 18 Figura 2.11 Válvula de dreno automático e manual ...................................................... 19 Figura 2.12 Válvula de dreno automático e manual 580-H............................................ 20 Figura 2.13 Válvula de dreno automático D-1 .............................................................. 20 Figura 2.14 Válvula de segurança ................................................................................ 22 Figura 2.15 Válvula de retenção ................................................................................... 23 Figura 2.16 Torneira interruptora ................................................................................ 24 Figura 2.17 Chave pressostática CCS ........................................................................... 26 Figura 2.18 Válvula magnética CGS .............................................................................. 26 Figura 2.19 Manômetros duplos de ar ......................................................................... 29 Figura 2.20 Filtro centrífugo ........................................................................................ 30 Figura 2.21 Secador de ar por adsorção ....................................................................... 31 Figura 2.22 Ligações e conexões WABCOSEAL.............................................................. 32 Figura 2.23 Válvula de emergência .............................................................................. 34 Figura 2.24 Válvula de descarga nº 8 e válvula de descarga KM ................................... 35

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VII

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Figura 2.25 Posicionamento das torneiras .................................................................... 40 Figura 2.26 Mangueiras flexíveis de acoplamento ........................................................ 41 Figura 2.27 Mangueira de freio .................................................................................... 41 Figura 2.28 Suporte de engate ..................................................................................... 42 Figura 2.29 Manipulador automático 30 AC-DW ........................................................... 43 Figura 2.30 Manipulador automático 26-C ................................................................... 43 Figura 2.31 Manipulador 26-C...................................................................................... 45 Figura 2.32 Face dianteira do manipulador 26-C .......................................................... 45 Figura 2.33 Punho do manipulador automático ............................................................ 46 Figura 2.34 Zonas de aplicação do freio automático..................................................... 46 Figura 2.35 Válvula Interruptora .................................................................................. 49 Figura 2.36 Punho do manipulador independente SA-26 .............................................. 59 Figura 2.37 Zonas de aplicação do freio independente ................................................. 59 Figura 2.38 Válvula de controle 26-F ............................................................................ 62 Figura 2.39 Diagrama da válvula de controle 26-F ........................................................ 62 Figura 2.40 Parte de serviço da válvula de controle 26-F .............................................. 63 Figura 2.41 Parte de alívio rápido ................................................................................ 66 Figura 2.42 Válvula-relé J-1 .......................................................................................... 74 Figura 2.43 Diagrama da válvula-relé J-1 ...................................................................... 74 Figura 2.44 Válvula-relé J-1.6-16 .................................................................................. 78 Figura 2.45 Diagrama da válvula-relé J-1.6-16 .............................................................. 78 Figura 2.46 Válvula-relé HB-5 ....................................................................................... 80 Figura 2.47 Válvula de transferência MU-2A ................................................................. 81 Figura 2.48 Posição Comandante ou Morta .................................................................. 82 Figura 2.49 Posição Comandada - 6 ou 26 ................................................................... 83 Figura 2.50 Posição Comandante - 24 .......................................................................... 83 Figura 2.51 Válvula seletora F-1 ................................................................................... 84 Figura 2.52 Diagrama esquemático da válvula seletora F-1........................................... 85 Figura 2.53 Posição Comandante ou Morta .................................................................. 86 Figura 2.54 Posição Comandante - 6 ou 26 .................................................................. 87 Figura 2.55 Posição Comandada - 24 ........................................................................... 87 Figura 2.56 Posição de fracionamento ......................................................................... 88 Figura 2.57 Válvula Magnética F A-4 (VMV) .................................................................. 89 Figura 2.58 Válvula de pedal ........................................................................................ 89 Figura 2.59 Válvulas de controle do ATC ...................................................................... 90 Figura 2.60 Válvula de aplicação P2-A .......................................................................... 91

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VIII

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Figura 2.61 Diagrama da válvula de aplicação de freio P2-A ......................................... 92 Figura 2.62 Posição de aplicação ................................................................................. 95 Figura 2.63 Posição de alívio ....................................................................................... 96 Figura 2.64 Válvula interruptora de carregamento A-1 ................................................. 98 Figura 2.65 Diagrama da válvula piloto interruptora de carregamento A-1 ................... 98 Figura 2.66 Locomotiva comandante ou comandada - alívio normal ............................. 99 Figura 2.67 Locomotiva comandante - emergência por fracionamento ......................... 99 Figura 2.68 Posição do pistão atuante depois que o reservatório de volume tiver sido descarregado................................................................................... 100 Figura 2.69 Locomotiva comandante - emergência intencional e Locomotiva comandada - qualquer emergência .......................................................... 101 Figura 2.70 Torneira interruptora de 3/8” .................................................................. 104 Figura 2.71 Válvula limitadora ajustável ..................................................................... 105 Figura 2.72 Dispositivo de locomotiva morta ............................................................. 107 Figura 2.73 Válvula C-1-40-8...................................................................................... 107 Figura 2.74 Atuador final do sistema de freio pneumático da locomotiva ................... 109 Figura 2.75 Montagem do atuador final do sistema de freio no truque ...................... 109 Figura 2.76 Cilindro de freio ...................................................................................... 110 Figura 2.77 Componentes do cilindro de freio ........................................................... 110 Figura 2.78 Diagrama esquemático de um cilindro de freio........................................ 110 Figura 2.79 Ajustador manual de folga ...................................................................... 113 Figura 2.80 Ajustador de automático de folga ........................................................... 113 Figura 2.81 Sapata de ferro fundido........................................................................... 114 Figura 2.82 Sapata de composição não metálica ........................................................ 115 Figura 2.83 Componentes da sapata de freio de composição não metálica ................ 115 Figura 2.84 Freio manual da locomotiva .................................................................... 118 Figura 2.85 Corrente diretamente ligada a haste do cilindro de freio ......................... 118 Figura 2.86 Localização dos componentes de freio a ar no vagão .............................. 120 Figura 2.87 Sistema de freio dos vagões .................................................................... 121 Figura 2.88 Ligações e conexões WABCOSEAL............................................................ 122 Figura 2.89 Tê de ramal............................................................................................. 122 Figura 2.90 Torneira angular de punho auto travante ................................................ 123 Figura 2.91 Torneira reta ........................................................................................... 123 Figura 2.92 Mangueira de freio .................................................................................. 125 Figura 2.93 Válvula de descarga nº 8 ......................................................................... 126 Figura 2.94 Válvula de controle AB ............................................................................ 129

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IX

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Figura 2.95 Componentes da válvula de controle AB .................................................. 130 Figura 2.96 Válvula de controle ABD .......................................................................... 132 Figura 2.97 Válvula de controle ABDW ....................................................................... 134 Figura 2.98 Válvula de controle DB-60 ....................................................................... 135 Figura 2.99 Válvula de controle DB-60 instalada no vagão.......................................... 135 Figura 2.100 Reservatório combinado .......................................................................... 136 Figura 2.101 Volume dos reservatórios combinados .................................................... 136 Figura 2.102 Coletor de pó combinado com torneira de isolamento ............................. 138 Figura 2.103 Retentor de controle de alívio .................................................................. 139 Figura 2.104 Punho na posição horizontal ................................................................... 139 Figura 2.105 Punho na posição vertical ........................................................................ 140 Figura 2.106 Timoneria de freio de vagões .................................................................. 142 Figura 2.107 Posição do cilindro de freio ..................................................................... 142 Figura 2.108 Alavancas de força do tipo vertical .......................................................... 143 Figura 2.109 Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vagão vazio ............ 145 Figura 2.110 Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vagão carregado..... 145 Figura 2.111 Localização do comutador de freio .......................................................... 146 Figura 2.112 Comutador de freio manual..................................................................... 146 Figura 2.113 Comutador de freio automático ............................................................... 146 Figura 2.114 Cilindro de freio com pistão diferencial ................................................... 146 Figura 2.115 Condição do cilindro de freio com pistão diferencial para vagão vazio..... 147 Figura 2.116 Condição do cilindro de freio com pistão diferencial para vagão carregado................................................................................................ 147 Figura 2.117 Válvula de mudança manual AB-5 ............................................................ 147 Figura 2.118 Punho da válvula AB-5 ............................................................................. 148 Figura 2.119 Válvula de mudança automática VTA ....................................................... 148 Figura 2.120 Instalação da válvula VTA ........................................................................ 148 Figura 2.121 Condição da válvula VTA para vagão vazio .............................................. 149 Figura 2.122 condição da válvula VTA para condição vagão carregado ......................... 149 Figura 2.123 Reservatório adicional ............................................................................. 150 Figura 2.124 Válvula EL-60 e Válvula EL-X .................................................................... 150 Figura 2.125 Instalação da válvula EL-X no vagão ......................................................... 151 Figura 2.126 Vagão vazio ............................................................................................ 151 Figura 2.127 Vagão carregado ..................................................................................... 151 Figura 2.128 Ajustador pneumático ............................................................................. 153 Figura 2.129 Tipos de ajustadores mecânicos .............................................................. 153

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X

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Figura 2.130 Detalhes internos dos ajustadores mecânicos ......................................... 154 Figura 2.131 Freio manual de volante com catraca ...................................................... 155 Figura 3.1

Configuração do CCBII ............................................................................ 158

Figura 3.2

Comunicação entre os módulos eletrônicos ............................................ 159

Figura 3.3

Interface com o sistemas da locomotiva .................................................. 160

Figura 3.4

O Módulo do Processador Integrado -IPM ................................................ 162

Figura 3.5

Luzes de indicação do IPM ...................................................................... 163

Figura 3.6

Unidade de controle eletropneumático - EPCU ......................................... 165

Figura 3.7

Instalação da EPCU .................................................................................. 167

Figura 3.8

Reservatório equilibrante ........................................................................ 167

Figura 3.9

Módulo de interligação dos relés - RIM .................................................... 168

Figura 3.10 Manipulador vertical ou lateral ................................................................ 169 Figura 3.11 Manipulador horizontal ou frontal ........................................................... 169 Figura 3.12 Manipulador horizontal ou frontal com display ......................................... 170 Figura 3.13 Computador IFC e displays IDU ............................................................... 171 Figura 3.14 Módulo de interface com o operador - OIM.............................................. 171 Figura 4.1

Sistema de Controle de Freio EP-60 ......................................................... 176

Figura 4.2

Diagrama de blocos da Unidade Head-End - HEU ..................................... 177

Figura 4.3

Controlador de Comunicações da Linha do Trem – TCC........................... 178

Figura 4.4

Fonte de Alimentação da Linha do Trem.................................................. 178

Figura 4.5

Unidade de Interface do Operador instalada numa locomotiva Dash-9 ..... 179

Figura 4.6

Unidade de Interface do Operador – OIU.................................................. 179

Figura 4.7

Caixa de Junção Central .......................................................................... 179

Figura 4.8

Cabo da Linha do Trem ........................................................................... 180

Figura 4.9

Interligação do Cabo da Linha do Trem entre vagões .............................. 180

Figura 4.10 Caixa de Junção da Linha do Trem .......................................................... 180 Figura 4.11 Caixa de Junção da Linha do Trem .......................................................... 181 Figura 4.12 Válvula de freio eletrônico - EBV .............................................................. 181 Figura 4.13 Unidade de Controle Eletro Pneumático – EPCU ....................................... 181 Figura 4.14 Módulo do Processador Integrado – IPM .................................................. 182 Figura 4.15 Módulo de interligação dos relés - RIM .................................................... 182 Figura 4.16 Localização dos componentes do equipamento da locomotiva ................ 183 Figura 4.17 Esquemático do vagão EP-60 ................................................................... 184 Figura 4.18 Válvula de controle EP-60 ........................................................................ 184 Figura 4.19 Dispositivo de Controle do Vagão – CCD e seus componentes ................. 185 Figura 4.20 Dispositivo de Identificação do Vagão - CID............................................. 185

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XI

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Figura 4.21 Caixa de Junção do cabo da Linha do Trem ............................................. 186 Figura 4.22 Localização dos componentes do Equipamento do vagão ........................ 187 Figura 4.23 Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem – AED ................................ 188 Figura 4.24 Localização do Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem .................. 188 Figura 4.25 Tela Windows Datacord 5200 .................................................................. 198 Figura 4.26 Controle de freio do trem ECP ................................................................. 199 Figura 5.1

Força de inércia ....................................................................................... 204

Figura 5.2

Força de frenagem .................................................................................. 205

Figura 5.3

Calo de roda ........................................................................................... 207

Figura 5.4

Esquemático da timoneria de freio de um vagão ...................................... 211

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XII

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Tabelas Tabela 2.1

Escala dos manômetros............................................................................. 29

Tabela 2.2

Indicação de pressão nos manômetros duplos de ar.................................. 29

Tabela 2.3

Torneiras utilizadas nas extremidades dos encanamentos ........................ 40

Tabela 2.4

Finalização dos encanamentos da locomotiva ........................................... 40

Tabela 2.5

Tipos de mangueiras de freio das locomotivas .......................................... 41

Tabela 2.6

Pressão desenvolvidas pelas válvulas-relé do tipo J .................................... 79

Tabela 2.7

Tipos de cilindro de freio de locomotivas ................................................ 111

Tabela 2.8

Condição da torneira angular .................................................................. 123

Tabela 2.9

Tipos de mangueiras de freio de vagões ................................................. 125

Tabela 2.10 Tipos de válvulas de controle .................................................................. 128 Tabela 2.11 Reservatórios combinados utilizados nas ferrovias brasileiras ................. 136 Tabela 2.12 Condição da torneira de isolamento ........................................................ 138 Tabela 2.13 Tipos de cilindro de freio de vagões ........................................................ 141 Tabela 3.1

Indicação propiciada pelo conjunto de luzes na frente do computador IPM ......................................................................................................... 163

Tabela 3.2

Funções dos módulos que compõem a unidade de controle eletropneumático .................................................................................... 166

Tabela 3.3

Funções dos relés operacionais do RIM ................................................... 168

Tabela 5.1

Taxas de frenagem recomendadas pela AAR ........................................... 217

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XIII

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dinâmica e Frenagem Ferroviária 1 Freio Automático José Luiz Borba / Mauro Antônio Bergantini

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1

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 1.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Introdução

Aumentar a capacidade de transporte de um trem não é somente uma questão de colocar mais vagões na composição. Três fatores são determinantes para a um aumento do volume de carga transportado: 1. Aumento da velocidade do trem; 2. Aumento da carga útil por vagão; 3. Aumento da quantidade de vagões no trem. Os fatores acima acarretam problemas técnicos como: capacidade de tração das locomotivas, capacidade dos trilhos, controle do tráfego de composições longas e mais velozes, sinalização, traçados das vias, pátios e linhas auxiliares, frenagem das composições, etc., devem ser superados para possibilitar o aumento da carga útil. Frear um trem não é uma tarefa simples. O que possibilita isso é um sistema composto de compressores, tubulações, mangueiras, reservatórios, válvulas, cilindros, etc., onde cada unidade de uma composição (locomotivas e vagões) tem seu próprio equipamento de freios. Esses equipamentos tem que trabalhar de forma sincronizada para que a composição possa frear de maneira uniforme e segura até parar. Os sistemas de freio dos trens evoluíram através dos tempos junto com outros desenvolvimentos

técnicos,

motivados

pela

necessidade

de

acompanhar

o

desenvolvimento do transporte de carga nas ferrovias. Nos primórdios da ferrovia havia muita limitação da velocidade das composições em decorrência da falta de um sistema de frenagem eficaz, pois somente a locomotiva possuía capacidade de frear em uma composição.

Figura 1.1 Aplicação dos freios nos primórdios da ferrovia

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2

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

As pequenas composições da época podiam ser paradas somente com o peso aderente da locomotiva e a frenagem era feita com a aplicação de contravapor e pelo acionamento manual do freio mecânico, composto por alavancas, que provocava a pressão de sapatas de madeira contra as rodas. A necessidade de se aumentar o número de vagões em uma composição levou ao desenvolvimento do sistema de freios e incorporação dos equipamentos de frenagem nos vagões além da locomotiva. O grande desafio, entretanto, não é só instalar equipamentos desse tipo nos vagões, e sim fazê-los trabalhar em sincronia. A frenagem dos trens atuais é produzida por um sistema de freio pneumático que possui como atuador final um dispositivo mecânico, acionado por um Cilindro de Freio, cujo êmbolo é deslocado de forma que sua haste, através de um conjunto de alavancas, denominado de Timoneria, aplique esforço numa peça, denominada de Sapata de Freio, que atrita diretamente com a superfície de rolamento da roda. Cilindro de freio

P Timoneria

Alavanca de freio Contra sapata Sapata de freio

Figura 1.2 Sistema de freio pneumático

A força total exercida pela sapata de material não metálico sobre a superfície de rolamento da roda na direção radial é originada pela aplicação de ar comprimido sobre o êmbolo do cilindro de freio. Durante o contato deslizante entre a sapata de freio e a roda, surge uma força de atrito, diretamente proporcional à força aplicada pela sapata de freio, que produz o conjugado retardador responsável pela redução da velocidade do trem. Por esse motivo, o sistema de freio pneumático também é denominado de Sistema de Freio de Atrito.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 1.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Histórico

O primeiro sistema de freio a ar comprimido desenvolvido para composições surgiu em 1869. Seu criador, George Westinghouse o chamou de Freio a Ar Direto.

Figura 1.3 George Westinghouse

O sistema de Freio a Ar Direto era composto por: Compressor

 Fornece o ar comprimido para o Reservatório Principal;

Reservatório Principal  Vaso de armazenamento do ar comprimido; Válvula Alimentadora  Controla a liberação do ar comprimido armazenado no Reservatório Principal para o Encanamento Geral através do Manipulador de Freio; Encanamento Geral

 Encanamento composto por um conjunto de tubos ligados entre si por torneiras e mangueiras flexíveis, que atravessa longitudinalmente cada veículo levando o ar comprimido ao longo da composição;

Cilindro de Freio

 Cilindro de acionamento simples com retorno por mola, cujo êmbolo com haste é deslocado devido à força produzida pela introdução do ar comprimido, através de uma derivação do Encanamento Geral, na sua câmara interna;

Timoneria de Freio

 Conjunto de alavancas e tirantes conectado à haste do Cilindro de Freio, responsável pela transferência de esforços, a partir do avanço da haste, para as Sapatas de Freio, que atritam diretamente com a superfície de rolamento da roda.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Figura 1.4 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Direto

Como o nome sugere, na aplicação dos freios o ar comprimido armazenado no Reservatório Principal é liberado pela Válvula de Controle para o Encanamento Geral, que pressuriza diretamente a câmara dos Cilindros de Freio. Consequentemente, a haste do Cilindro de Freio avança e aplica uma força na Timoneria de Freio, que a transforma numa força radial da Sapata de Freio na roda do veículo. O alívio dos freios é feito esgotando-se o ar comprimido do Encanamento Geral e dos Cilindros de Freio para a atmosfera através da Válvula de Controle. Isso foi um avanço muito grande para a época, de modo que seu uso foi difundido rapidamente tanto nos trens de carga quanto nos trens de passageiros. Sua aplicação foi mais efetiva na Europa onde as composições eram pequenas e compostas de vagões variados. No entanto este sistema teve de ser abandonado por apresentar uma série de inconveniências, tais como: o tamanho dos componentes necessários para sua aplicação, sua eficiência ficava comprometida em composições maiores que 12 vagões, perda de rendimento em grandes altitudes, dificuldade de manutenção e não era automático, isto é, os freios não mais seriam aplicados se houvesse um fracionamento do trem ou uma ruptura na mangueira do Encanamento Geral. Além disso, os primeiros vagões tinham o freio acionado antes daqueles que ficavam no final da composição, o fazia com que vagões em que os freios ainda não estavam totalmente aplicados, empurrassem os primeiros vagões e a locomotiva. Para suprir estas deficiências do Freio a Ar Direto, principalmente a de não ser automático, George Westinghouse desenvolveu e patenteou em 1872, outro sistema, que denominou de Freio a Ar Automático.

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

O termo automático deveu-se ao fato de que esse novo sistema aplicava os freios automaticamente em todos os vagões da composição, sem a interferência do maquinista, caso houvesse um vazamento ou uma mangueira se partisse. Para implementar esse novo sistema, além do Cilindro de Freio já existente em cada um dos veículos, foram introduzidos: Válvula de comando

 Responsável pela aplicação ou alívio dos freios, sendo comandada pelo diferencial de pressão entre o Encanamento Geral e o Reservatório Auxiliar.

Reservatório auxiliar  Vaso

armazenador

do

ar

comprimido

responsável

pelo

acionamento dos Cilindros de Freio.

Figura 1.5 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Automático

A Válvula de Comando ficou assim conhecida como Válvula Tríplice devido as suas três funções básicas: 1. Carregamento do sistema A Válvula de Comando direciona o ar vindo do Reservatório Principal da locomotiva através do Encanamento Geral para o carregamento do Reservatório Auxiliar até a equalização

das

pressões, mantendo

o

Reservatório

Auxiliar

disponível

para

acionamento dos freios. É importante ressaltar que quando a composição inicia sua operação, ou após uma frenagem, é necessário que os reservatórios de cada veículo sejam recarregados.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Figura 1.6 Carregamento do sistema

2. Aplicação do freio Quando se deseja aplicar o freio na composição, efetua-se uma redução da pressão no Encanamento Geral. A Válvula de Controle interrompe o fluxo de ar do Encanamento Geral e direciona o ar armazenado no Reservatório Auxiliar, por ocasião do carregamento, para pressurizar a câmara do Cilindro de Freio. O fato do ar de alimentação dos Cilindros de Freio já estar presente no próprio vagão, não sendo necessário esperar pela sua vinda desde o reservatório da locomotiva, torna menor o tempo para aplicação do freio através da Timoneira e das Sapatas de Freio contra as rodas.

Figura 1.7 Aplicação do freio

A Válvula de Controle também atua efetuando a aplicação dos freios automaticamente, sem interferência do maquinista, quando ocorre um vazamento ou avaria do sistema. 3. Alívio do freio Quando se deseja soltar o freio da composição, efetua-se um aumento da pressão do Encanamento Geral

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

A Válvula de Comando atua descarregando para a atmosfera o ar que estava contido no Cilindro de Freio, provocando um alívio das Sapatas de Freio. Durante essa operação, o Encanamento Geral volta a carregar o Reservatório Auxiliar, recarregando-o para um novo acionamento.

Figura 1.8 Alívio do freio

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dinâmica e Frenagem Ferroviária 2 Equipamento de Freio 26-L José Luiz Borba / Mauro Antônio Bergantini

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Introdução

O Equipamento de Freio 26-L é parte do sistema de freios dos trens que operam com Freio a Ar Automático, que tem seus componentes instalados na locomotiva e em todos os vagões da composição. Possui todas as particularidades requeridas para o serviço de locomotivas de linha, inclusive controle de segurança, controle de sobre velocidade, intertravamento com o freio dinâmico e proteção contra fraccionamento do trem. É adequado para operação em tração múltipla com as locomotivas equipadas com os sistemas de freio anteriores 6-SL e 24-RL. Seus principais componentes são:  Manipulador de freio 26-C  Válvula de controle 26-F

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Equipamentos das locomotivas

A aplicação do freio automático é feita a partir da locomotiva, cujo equipamento, além do seu próprio freio, controla também a frenagem dos vagões. A Figura 2.1 mostra a configuração do Equipamento de Freio 26-L numa locomotiva, dando destaque a alguns de seus principais componentes.

1-

Mangueira do encanamento geral

2-

Torneira angular

3-

Mangueiras dos encanamentos equilibrante dos reservatórios principais, equilibrante dos cilindros de freio e atuante

4-

Torneiras de esfera

5-

Sapatas de freio

6-

Cilindros de freio

7-

Compartimento de válvulas

8-

Válvula de pedal

9-

Válvula de emergência

10- Válvula MU-2-A

11- Manipulador automático

12- Válvula de segurança

13- Válvula magnética

14- Válvula descarga

15- Reservatório principal

16- Compressor

Figura 2.1 Localização dos principais componentes do sistema de freio na locomotiva

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

O sistema de freio da locomotiva é composto das seguintes unidades:  Alimentação  Produção  Armazenamento  Condicionamento  Distribuição  Controle  Aplicação Alimentação

Condicionamento Válvula magnética do compressor

Ligação elétrica Governador do compressor 125 a 140 psi

Produção

Válvula de segurança do compressor de ar 175 psi

Válvula de segurança do resfriador intermediário 60 psi

Chave pressostática

Torneira de sobrecarga

Torneira interruptora

Resfriador intermediário

Filtro de admissão

Controle Manipulador de freio

Compressor de ar

Válvula alimentadora

Serpentina de resfriamento

Armazenamento

Válvula de segurança 150 psi

Coletor de pó Torneira centrífugo interruptora Filtro

Válvula de retenção

Reservatório Principal nº1

Reservatório Principal nº2

Torneira de dreno

Torneira de dreno

Torneira de dreno

Torneira interruptora

Dispositivo de locomotiva morta

Para o sistema dos equipamentos auxiliares

Distribuição

Válvula de retenção Válvula de descarga nº8

Encanamento geral

Encanamento equilibrante dos reservatórios principais

Encanamento equilibrante dos cilindros de freio

Figura 2.2 Sistema de freio da locomotiva

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12

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Sistema de alimentação de ar comprimido

O sistema de alimentação de ar comprimido é composto das seguintes unidades:  Produção  Armazenamento  Condicionamento Condicionamento Válvula magnética do compressor

Ligação elétrica Governador do compressor 125 a 140 psi

Torneira de sobrecarga

Produção

Válvula de segurança do compressor de ar 175 psi

Válvula de segurança do resfriador intermediário 60 psi

Chave pressostática

Torneira interruptora

Resfriador intermediário

Filtro de admissão Compressor de ar

Serpentina de resfriamento

Armazenamento

Reservatório Principal nº1 Torneira de dreno

Válvula de segurança 150 psi

Coletor de pó Torneira centrífugo interruptora Filtro

Válvula de retenção

Reservatório Principal nº2 Torneira de dreno

Para o sistema de freio a ar

Torneira de dreno

Para o sistema dos equipamentos auxiliares

Figura 2.3 Sistema de alimentação de ar comprimido

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13

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Produção de ar comprimido

A produção de ar comprimido é realizada por um compressor de ar do tipo alternativo de duplo estágio de compressão composto de:  2 (dois) cilindros de baixa pressão (de diâmetro maior, dispostos lateralmente no cárter)  1 (um) cilindro de alta pressão (disposto ao centro dos dois cilindros de baixa, no topo do cárter)  1 (um) resfriador Intermediário que atua entre os 2 (dois) cilindros de baixa e o cilindro de alta. Cilindro de alta

Resfriador intermediário

Cilindro de baixa

Cilindro de baixa

Figura 2.4 Compressor alternativo

Os pistões dos 3 (três) cilindros são movimentados por um único munhão do eixo virabrequim, que pode ser acionado: 

Pelo eixo virabrequim do motor diesel através de um acoplamento;

Eixo de acionamento

Compressor Figura 2.5 Compressor acionado diretamente pelo motor diesel

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14

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Por um motor elétrico; Compressor

Filtro de ar

Motor elétrico Figura 2.6 Compressor acionado por motor elétrico



Separadamente por um motor diesel auxiliar.

O sistema de lubrificação do compressor é do tipo forçado, com bomba própria. O nível de óleo de lubrificação deve ser verificado por meio do visor ou vareta.

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15

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.1.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Funcionamento do compressor

O ar livre da atmosfera, a pressão atmosférica, é constantemente aspirado através de um filtro seco, montado no tubo coletor de entrada, e comprimido nos cilindros de baixa pressão (55 psi). Ao sair dos cilindros de baixa pressão o ar comprimido passa pelo resfriador de ar intermediário, que tem a função básica de retirar parte do calor gerado durante a compressão. A retirada de calor do ar no resfriador intermediário pode ser realizada pela:  Circulação da água do sistema de arrefecimento do motor diesel por passagens no corpo do resfriador;

Tubulação do sistema de arrefecimento do motor diesel Figura 2.7 Resfriador intermediário refrigerado a água

 Passagem de ar pelo corpo do resfriador, forçada por um soprador acionado pelo próprio eixo do compressor.

Válvula de segurança Soprador acionado pelo eixo do compressor Figura 2.8 Resfriador intermediário refrigerado por ventilação forçada

No resfriador intermediário está instalada uma válvula de segurança que atuará caso a pressão ultrapasse o limite estabelecido de 60 psi.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de segurança do resfriador intermediário

Figura 2.9 Posicionamento da válvula de segurança do resfriador intermediário

Após o resfriamento as moléculas do ar ocupam um menor volume, de modo que o ar fica mais denso, isto é, uma maior quantidade de moléculas por unidade de volume é introduzida no cilindro de alta pressão, o que torna mais eficiente a operação do cilindro de alta pressão e aumenta a capacidade volumétrica do compressor. O cilindro de alta pressão se encarrega de comprimir esse volume de ar a uma pressão maior (125 a 140 psi). O ar comprimido deixa o compressor a uma temperatura muito alta (270 ºC), necessitando sofrer mais um resfriamento antes de atingir os reservatórios principais. Por isso, ele passa por uma serpentina de resfriamento com tubos aletados, que serve para reduzir sua temperatura e provocar a condensação da umidade nele existente. A quantidade de umidade contida no ar livre da atmosfera praticamente dobra na medida em que a temperatura ambiente cresce 10 ºC. Assim, haverá duas vezes mais umidade no ar quando a temperatura ambiente se situa a 30 ºC do que a 20 ºC, e assim sucessivamente. Como no Brasil, tanto na região norte como na região central, as temperaturas ambientes são relativamente elevadas ao longo do ano, logo a quantidade de umidade contida no ar é bastante elevada. A umidade que é levada pelo compressor causa corrosão nas superfícies metálicas dos componentes do sistema pneumático da locomotiva. Quando as partículas sólidas desprendidas das corrosões colocadas no fluxo de alta velocidade do ar agem como um jato de areia corroendo os componentes. Além disso, o óleo de lubrificação que passa pelos anéis dos pistões do compressor mantém os orifícios das válvulas obstruídos.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Armazenamento do ar comprimido

O armazenamento do ar comprimido é feito em dois reservatórios, denominados de reservatórios principais, que têm por finalidade armazenar o ar comprimido produzido pelo compressor e ajudar tanto no resfriamento como na retenção das impurezas e da água resultante da condensação, a fim de permitir que um ar limpo e seco abasteça o sistema pneumático da locomotiva, que é composto por:  Sistema de freio a ar, na operação dos freios da locomotiva e da composição;  Sistema dos equipamentos auxiliares da locomotiva (ar de controle, sino, buzina, válvulas e injetores de areia, campainhas, limpadores de para-brisas, contatores elétricos, etc.).

Figura 2.10

Localização dos reservatórios principais

São identificados como:  Reservatório principal nº 1

 abastece o sistema dos equipamentos auxiliares.

 Reservatório principal nº 2

 abastece o sistema de freio a ar da locomotiva.

Todas as derivações destinadas à alimentação do sistema dos equipamentos auxiliares da locomotiva devem sair da tubulação entre o reservatório principal nº 1 e o reservatório principal nº 2.

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18

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.2.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de dreno automático

A tubulação da serpentina de resfriamento tem uma pequena inclinação que faz com que a água condensada flua para o reservatório nº 1. Quando o ar entra no reservatório principal nº 1, a sua temperatura é reduzida mais ainda e a condensação é mais efetiva. Por essa razão, a maior quantidade de água é encontrada no reservatório principal nº 1. Os reservatórios principais da locomotiva são instalados com uma leve inclinação para forçar a condensação a se acumular no lado mais baixo, onde normalmente são instaladas válvulas de dreno automático que servem para expurgar a água proveniente da condensação do ar e as impurezas do reservatório, pois a água pode ser considerada como o maior veneno para o sistema de freio pneumático. As válvulas de dreno automático expurgam a água condensada toda vez que a pressão do reservatório principal atingir 140 psi e param de eliminá-la quando esta pressão atingir o limite mínimo de 125 psi.

Válvula de dreno automático Figura 2.11

Válvula de dreno automático e manual

Porém podem também ser acionadas manualmente. A drenagem manual dos reservatórios principais e dos filtros deve ser uma prática constante, tanto pelos responsáveis pela operação quanto pelos responsáveis pela manutenção, pois os drenos automáticos não conseguem eliminar toda a água desses equipamentos, mesmo funcionando perfeitamente. A válvula de dreno automático e manual 580-H possui 3 (três) posições reguladas no próprio punho:  Posição normal de operação  Drenagem manual  Isolamento

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19

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dreno automático

Dreno manual Figura 2.12

Válvula de dreno automático e manual 580-H

A válvula de dreno automático D-1 não permite o isolamento e o dreno manual é realizado através de uma torneira.

Figura 2.13

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Válvula de dreno automático D-1

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20

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.2.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Torneira de isolamento do reservatório principal

Para reparação do sistema de freio, esta torneira deve ser fechada, a fim de isolar o reservatório principal e descarregar totalmente a pressão do sistema de freio através de um orifício de descarga que possui. Caso essa torneira seja fechada os ponteiros dos manômetros na cabine da locomotiva registrarão pressão zero.

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21

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.2.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de segurança E7-C

A válvula de segurança E7-C evita a sobrecarga de pressão no sistema pneumático, descarregando para a atmosfera a pressão do reservatório principal toda vez que esta se torne excessiva.

Figura 2.14

Válvula de segurança

Alguns tipos de locomotivas, além da válvula de segurança instalada logo após o reservatório principal nº 1, calibrada em 150 psi, possuem outra instalada próxima ao compressor, calibrada com 175 psi. A calibragem das válvulas de segurança depende de instruções da Ferrovia.

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22

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.2.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de retenção do reservatório principal

Instalada no encanamento que liga o reservatório principal nº 1 ao reservatório principal nº 2, a válvula de retenção com orifício de 1”, permite fluxo total de ar do reservatório principal nº 1 para o reservatório principal nº 2, mas impede o fluxo no sentido inverso.

Figura 2.15

Válvula de retenção

Funciona como uma proteção, pois, o fechamento dessa válvula impedirá a perda da pressão do reservatório principal nº 2 através de uma abertura para a atmosfera antes da válvula de retenção, originada por um problema no compressor, uma ruptura das tubulações de resfriamento, danos ao reservatório principal nº 1ou por uma ruptura do encanamento equilibrante dos reservatórios principais causada por uma eventual separação entre as locomotivas e o consequente desacoplamento das mangueiras. Pelas normas da FRA (Federal Railroad Administration) em caso de avaria no sistema dos reservatórios principais, a locomotiva deve reter ar suficiente para, no mínimo, 3 (três) aplicações e alívios dos freios e acionamento dos contatores e das chaves reversoras. A válvula de retenção também serve para reduzir o tempo de carregamento do sistema de reservatórios principais de uma locomotiva Rebocada Morta, permitindo somente o carregamento do reservatório principal nº 2. A verificação do perfeito funcionamento da válvula de retenção do reservatório principal nº 2 se dá através do Teste de Fracionamento.

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23

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.2.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Torneira Interruptora

 Isolamento de 1” Isola os reservatórios principais do sistema de freio a ar, possibilitando o descarregamento deste para a reparação.  Isolamento de 1” e coletor de pó Isola o ar que abastece a buzina, os limpadores de para-brisas e os injetores de areia.  Isolamento de 3/8” Isola o ar que abastece a válvula de areia e a válvula de sino.

Figura 2.16

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Torneira interruptora

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24

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Condicionamento do ar comprimido

Após passar por todo o processo de produção o ar comprimido deve sofrer um condicionamento antes de ser colocado para trabalhar. O funcionamento regular de qualquer componente no sistema depende da estabilidade da pressão de alimentação, da isenção de umidade e do grau de filtragem. Portanto, o condicionamento do ar comprimido consiste de:  Regulagem da pressão  Drenagem Para que a drenagem seja feita, devem ser instalados drenos (purgadores), que podem ser manuais ou automáticos, com preferência para o último tipo.  Filtragem Após a eliminação do condensado, restará no ar comprimido uma pequena quantidade de vapor de água em suspensão, que os pontos de drenagem comuns não conseguirão remover ou eliminar. A filtragem do ar consiste na aplicação de dispositivos capazes reter as impurezas suspensas no fluxo de ar e de suprimir a umidade ainda presente. O equipamento normalmente utilizado para este fim é o filtro de ar, que atua de duas formas distintas:  Pela ação da força centrífuga.  Pela passagem do ar através de um elemento filtrante.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.3.1

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Regulador do compressor

O regulador do compressor consiste de:  Chave pressostática CCS (Compressor Control Switch) A chave pressostática CCS consiste em uma chave elétrica atuada por uma face sensível à pressão, que é atuada por uma mola de carga.

Figura 2.17

Chave pressostática CCS

 Válvula magnética CGS (Compressor Governor Switch) A válvula magnética CGS mantém as válvulas de admissão dos cabeçotes dos cilindros do compressor:  Abertas

 quando a pressão atingir o limite máximo;

 Fechadas  quando a pressão atingir o limite mínimo.

Figura 2.18

Válvula magnética CGS

O Compressor carrega os reservatórios principais até que a pressão atinja o limite máximo de regulagem da chave pressostática CCS.

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Nesse momento a chave pressostática CCS desenergiza a válvula magnética CGS (Compressor Governor Switch), que mantém as válvulas de admissão dos cabeçotes dos cilindros do compressor abertas, fazendo com que ele passe a trabalhar em vazio. Se a pressão nos reservatórios principais cair abaixo do limite mínimo ajustado na chave pressostática CCS, a mesma energiza a válvula magnética CGS, que mantém as válvulas de admissão dos cabeçotes dos cilindros do compressor fechadas, permitindo que ele carregue os reservatórios principais. Simultaneamente abre as válvulas de dreno automático. A pressão do ar nos reservatórios principais é regulada entre limites prefixados conforme instruções da Ferrovia, normalmente:  125 psi  pressão mínima;  140 psi  pressão máxima.

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Torneira de sobrecarga do compressor

Essa torneira possui descarga lateral e nos casos de avaria, em que o compressor não comprime, esta torneira deve ser fechada. Este procedimento fará com que o compressor trabalhe em sobrecarga, ou seja, comprimindo direto, sem entrar na condição de vazio. Quando se coloca um compressor em sobrecarga deve-se observar, rigorosamente, a atuação da válvula de segurança do reservatório principal.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.3.3

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Manômetros duplos de ar

Os manômetros são instrumentos destinados a medir a pressão. As locomotivas são equipadas com dois manômetros duplos de ar, com dois ponteiros cada, e escalas conforme a Tabela 2.1 Tabela 2.1 Escala dos manômetros Manômetro

Escala

Direita

0 a 200 psi

Esquerda

0 a 160 psi

Ficam localizados na parte superior do pedestal de comando, e, devem ser monitorados durante todas as etapas inerentes às atividades de condução de trens: manobras e viagens na Via de circulação.

Figura 2.19

Manômetros duplos de ar

Os dois manômetros indicam as pressões no sistema de freio a ar conforme especificado na Tabela 2.2. Tabela 2.2 Indicação de pressão nos manômetros duplos de ar

Ponteiro Vermelho Branco

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Manômetro Esquerda

Direita

Reservatório principal

Cilindro de freio

Reservatório equilibrante

Encanamento geral

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.1.3.4

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Filtros e secador de ar

Em uma locomotiva podem ser usados vários tipos de dispositivos, normalmente localizados na tubulação após o reservatório principal nº 2, para purificar o ar que vai atuar no sistema pneumático.  Filtro centrífugo O filtro centrífugo geralmente tem um vórtice (redemoinho) pelo qual os detritos são centrifugados e depositados no fundo da câmara, juntamente com a água condensada pelo resfriamento do ar.

Figura 2.20

Filtro centrífugo

 Filtro coalescente Esse tipo de filtro inclui dois elementos:  Elemento filtrante;  Elemento coalescente. O elemento coalescente contém uma substância que provoca a coalescência, isto é, a aglomeração das gotículas de água. A água é então depositada no fundo da câmara do filtro, sendo expelida posteriormente através do dreno.  Secador de ar O desempenho dos sistemas Freio Eletrônico CCBII e Locotrol não serão satisfatórios se o sistema pneumático da locomotiva não for mantido totalmente seco e limpo. Portanto, é altamente recomendável a instalação de secadores de ar nas locomotivas para prover ar seco, limpo, livre de óleo e de partículas de sólidos para o sistema pneumático. UNIVIX / VALE

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

O tipo mais comum de secador de ar é o secador por adsorção, que utiliza como elemento dissecante uma substância formada por pérolas à base de silicato de alumínio, cuja estrutura molecular é extremamente higroscópica, capaz de absorver ou adsorver o vapor de água existente no ar, assim como outras substâncias. Este sistema é composto por duas câmaras de secagem, interligadas através de um dispositivo

pré-coalescedor,

que

operam

alternadamente,

controladas

por

um

temporizador eletrônico. Enquanto uma das câmaras está processando a secagem do ar, a outra recebe através de um estrangulador uma pequena parcela de ar para que seja feita a regeneração. No ciclo seguinte a situação é invertida. A fim de tornar o sistema com capacidade de secagem praticamente ilimitada, utiliza-se o processo de regeneração depois de determinados intervalos, efetuado com ar seco e expandido.

Figura 2.21

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Secador de ar por adsorção

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Distribuição

A distribuição do ar comprimido na locomotiva se dá através do:  Encanamento geral  Encanamento de equalização dos reservatórios principais  Encanamento de equalização do cilindro de freio Normalmente os encanamentos são feitos de tubo extra pesado (Schedule 80) especificação ASTM-A-53 grau A, raios mínimos segundo folha E-7 da AAR. São pintados externamente e fosfatizados internamente para evitar a oxidação. Não devem possuir conexões soldadas, e para isso todas as ligações e conexões devem possuir juntas do tipo WABCOSEAL, que utilizam o princípio de flange, sendo este fixado ao dispositivo por parafusos e vedado contra vazamento por um anel de borracha.

Figura 2.22

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Ligações e conexões WABCOSEAL

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32

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.2.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Encanamento geral

O encanamento geral é um dos principais componentes do sistema de freio automático. É considerado como uma tubulação contínua que parte da locomotiva e percorre os vagões em toda extensão do trem, conduzindo o ar comprimido da locomotiva a cada reservatório auxiliar e de emergência dos vagões, a uma pressão de 90 psi (± 6 psi). Através da variação da pressão do encanamento geral, os freios de todos os veículos do trem são controlados nas suas três funções básicas:  Carregamento  Aplicação  Alívio Sua ruptura, em qualquer ponto da composição, ocasiona uma aplicação de emergência dos freios automáticos do trem.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.2.1.1

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Válvula de freio de emergência

A válvula de freio de emergência é uma válvula de operação manual sob carga de mola que está ligada ao encanamento geral.

Figura 2.23

Válvula de emergência

Quando acionada, provoca uma queda brusca de pressão no encanamento geral, provocando uma aplicação de emergência na locomotiva ou no trem. É utilizada para obter uma aplicação de freio de emergência quando o operador está impossibilitado de aplicar o freio da maneira normal. Observação Em uma locomotiva Escoteira, ou seja, sozinha, e com a válvula MU-2A posicionada para Comandada, seu acionamento não provocará aplicação dos freios.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.2.1.2

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Válvula de descarga n.º 8 ou válvula de descarga KM

As válvulas de controle de locomotivas não possuem uma parte de emergência, responsável pela chamada ação rápida nas aplicações de Emergência. Para a função de ação rápida usa-se a válvula de descarga nº 8, ou a válvula de descarga KM.

Figura 2.24

Válvula de descarga nº 8 e válvula de descarga KM

Sua função é proporcionar uma descarga rápida local da pressão do encanamento geral para a atmosfera, a fim de garantir uma condição de propagação de aplicação de Emergência dos freios, quando o punho do manipulador automático é levado para a posição de emergência, e, principalmente naquelas originadas num trem longo, quando são usadas várias locomotivas operando em tração múltipla, pois a capacidade total dos compressores é tal que muitas vezes uma ruptura de mangueira de um vagão de cauda do trem pode não ser sentida pela locomotiva, o que impossibilita a aplicação de Emergência. Quando a válvula de descarga nº 8 de uma locomotiva opera, a queda brusca de pressão provoca o funcionamento das outras válvulas de descarga das outras locomotivas em tração múltipla, assim como das válvulas de controle de toda a composição. Está normalmente localizada sob a plataforma da locomotiva, em derivação do encanamento geral, e é composta de:  Câmara  Passagem calibrada  Diafragma O ar do encanamento geral enche a câmara através do orifício da passagem calibrada, ficando o diafragma com pressão idêntica em ambos os lados.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Toda vez que é feita uma aplicação de Serviço, o ar da câmara flui através do orifício da passagem calibrada para o encanamento geral no mesmo ritmo em que ocorre a redução de serviço, mantendo, assim, pressão idêntica nos dois lados do diafragma. Em uma aplicação de Emergência, o ar da câmara não pode fluir pela passagem calibrada no mesmo ritmo de queda de pressão do encanamento geral, que é muito rápido. Cria-se assim um diferencial de pressão entre as duas faces do diafragma, que faz com que a válvula de descarga estabeleça comunicação do encanamento geral diretamente coma a atmosfera, ajudando a acelerar a aplicação de emergência.

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36

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.2.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Encanamento equilibrante dos reservatórios principais

Percorre a locomotiva em toda sua extensão, a fim de possibilitar o carregamento uniforme dos reservatórios principais de todas as locomotivas acopladas em tração múltipla, mantendo-os com pressões equilibradas. Num conjunto de locomotivas operando em tração múltipla, normalmente a locomotiva comandante consome mais ar do que as locomotivas comandadas. Através do encanamento equilibrante dos reservatórios principais, os compressores das locomotivas comandadas auxiliam o compressor da comandante a suprir o ar comprimido consumido nas locomotivas e na composição. Esse ar chega aos reservatórios principais passando através da válvula de retenção, ou seja, há uma passagem ampla de fora para dentro da locomotiva e restrita de dentro para fora. Deste modo, caso haja uma ruptura desse encanamento, o ar vai escapar para a atmosfera em uma intensidade menor que a capacidade de produção do compressor, evitando que toda a pressão do reservatório principal seja perdida.

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37

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.2.2.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de retenção do encanamento equilibrante dos reservatórios principais

O carregamento é feito através de uma válvula de retenção de 1” e orifício de 5/16”, que permite uma passagem ampla de ar deste encanamento para os reservatórios principais e, restrita, destes reservatórios para o encanamento. Esta válvula de retenção serve como uma proteção, caso haja uma ruptura de mangueira entre locomotivas, mantendo uma pressão segura nos reservatórios principais de todas as locomotivas, pois a fuga de ar através do orifício da válvula é menor que a vazão do compressor.

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38

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.2.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Encanamento equilibrante dos cilindros de freio

O encanamento equilibrante dos cilindros de freio percorre a locomotiva em toda sua extensão, a fim de repetir nas locomotivas comandadas a pressão de aplicação e de alívio dos freios, automático ou independente, criada na locomotiva comandante. Neste caso, as válvulas de controle das locomotivas comandadas devem ser isoladas. Quando do acoplamento das locomotivas em tração múltipla, deve-se observar se as torneiras do encanamento equilibrante dos cilindros de freio, entre uma locomotiva e outra, foram abertas. Se as mesmas estiverem fechadas não haverá condições de se fazer o controle de freio das locomotivas comandadas.

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39

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.2.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Torneiras extremas

A abertura e o fechamento das extremidades dos encanamentos da locomotiva são realizados através de torneiras reta e angular.

Torneira angular

Torneira reta

Figura 2.25

Posicionamento das torneiras

O tipo de torneira utilizado em cada encanamento da da locomotiva está especificado na Tabela 2.3. Tabela 2.3 Torneiras utilizadas nas extremidades dos encanamentos Aplicação

Torneira

Encanamento geral

Torneira angular de 1 ¼”

Encanamento equilibrante dos reservatórios principais

Torneira reta de 1” com punho de travamento

Encanamento equilibrante dos cilindros de freios

Torneira reta de 3/8” com punho de travamento

Os encanamentos das locomotivas são finalizados por torneiras ou bocais conforme mostrado na Tabela 2.4. Tabela 2.4 Finalização dos encanamentos da locomotiva Aplicação

Bocal

Encanamento geral

Torneira angular 1 ¼”

Encanamento de equalização dos reservatórios principais Encanamento de equalização do cilindro de freio

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Bocal angular de 1” Bocal angular de ½ x 3/4”

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40

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.2.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Mangueiras de freio

Para garantir a continuidade dos encanamentos da locomotiva, quando do acoplamento com outros veículos, locomotiva e vagão, é instalada em cada uma de suas terminações uma mangueira flexível de acoplamento, denominada de mangueira de freio. Mangueira do encanamento geral Mangueira do encanamento de equalização dos reservatórios principais

Mangueira do encanamento de equalização do cilindro de freio

Figura 2.26

Mangueiras flexíveis de acoplamento

As mangueiras são elementos flexíveis formados por:  Um elemento de mangueira (tubo de borracha vulcanizada com camadas internas de reforço);  Um nipple, fixado ao tubo de borracha através de uma braçadeira metálica;  Um bocal com junta, fixado ao tubo de borracha através de uma braçadeira metálica;  Duas braçadeiras metálicas com parafuso e porca. Braçadeira

Elemento Niple

Bocal

Braçadeira Figura 2.27

Mangueira de freio

Tabela 2.5 Tipos de mangueiras de freio das locomotivas Aplicação

Mangueira

Niple

Bocal

Encanamento geral

1 3/8 x 30”

1 3/8”

FP-5

Encanamento de equalização dos reservatórios principais

1 1/8 x 30”

1”

Encanamento de equalização do cilindro de freio

1 1/8 x 30”

¾”

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41

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

O acoplamento das mangueiras deve ser feito com o máximo de cuidado para se evitar acidentes. Quando a locomotiva for separada de outra locomotiva ou dos vagões, como acontece nas manobras, as mangueiras deverão ser antes desacoplada manualmente, para evitarse ruptura ou estrago. Falha

no

desacoplamento

manual

poderá

causar

deslocamento

e

quebra

dos

encanamentos, bem como danos as mangueiras e aos bocais de acoplamento. As mangueiras devem ser mantidas nos suporte de engate (engate cego), quando não estão acopladas, para se evitar a entrada de poeira ou outras impurezas que podem danificar o equipamento de freio.

Suporte de engate

Figura 2.28

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Suporte de engate

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42

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Controle

O controle do sistema de freio da locomotiva e do trem é realizado por um manipulador automático localizado no pedestal de controle da locomotiva, que é apresentado em duas versões: 

Horizontal ou frontal - 30 AC-DW

Figura 2.29

Manipulador automático 30 AC-DW

 Vertical ou lateral - 26-C

Figura 2.30

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Manipulador automático 26-C

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Manipulador automático 26-C

O manipulador 26-C é projetado para montagem em painel, num suporte dos encanamentos, no qual são feitas todas as conexões dos tubos, que são identificadas numericamente. É uma válvula do tipo auto recobridor, operada por cames, a qual funciona para controlar a pressão do reservatório equilibrante, em proporção ao deslocamento do punho do manipulador. Por sua vez, a pressão do encanamento geral é controlada por uma válvula-relé do tipo auto recobridor pilotada pela pressão do reservatório equilibrante, que mantém no encanamento geral a mesma condição de pressão existente no reservatório equilibrante. Além de exercer essas funções, fornece ar para os dispositivos de segurança como Homem Morto, Sobre Velocidade, Corte de Tração, etc.. Opera em combinação com um reservatório equilibrante. O manipulador 26-C consiste de duas partes principais, montados num mesmo corpo:  Manipulador automático  Punho do manipulador automático  Válvula interruptora do manipulador automático  Punho da válvula interruptora do manipulador automático  Válvula relé  Válvula reguladora  Válvula interruptora do encanamento geral  Válvula da descarga  Válvula de emergência  Válvula de supressão  Válvula interruptora do reservatório equilibrante  Manipulador independente  Punho do manipulador independente

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula-relé Punho do manipulador automático Válvula reguladora Manipulador automático

Válvula interruptora do encanamento geral

Punho da válvula interruptora do manipulador automático

Válvula de descarga

Válvula interruptora do manipulador automático

Válvula de emergência Válvula de supressão

Punho do manipulador independente

Válvula interruptora do reservatório equilibrante Manipulador independente Figura 2.31

Manipulador 26-C

Os punhos do manipulador automático, do manipulador independente e da válvula piloto interruptora estão localizados na face dianteira do painel. Punho do Manipulador Automático Punho da Válvula Interruptora do Manipulador Automático

Figura 2.32

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Punho do Manipulador Independente

Face dianteira do manipulador 26-C

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45

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Punho do manipulador automático

A aplicação do freio automático é feita através do punho do manipulador automático, que está localizado no pedestal de controle. Punho do manipulador automático

Figura 2.33

Punho do manipulador automático

Movimentando o punho do manipulador automático por suas 6 (seis) posições, conforme indicado na Figura 2.34, o maquinista controla os freios da própria locomotiva e de todo o trem, através de variações da pressão no encanamento geral.

Figura 2.34

Zonas de aplicação do freio automático

 Alívio (Marcha) Localizada

na

extremidade

esquerda

do

quadrante

do

manipulador. Esta posição é utilizada para carregar o encanamento geral e, simultaneamente, aliviar os freios da locomotiva e do trem. É a posição em que o punho deve ser mantido sempre que o trem estiver em movimento.

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

 Redução Mínima Localizada com o punho do manipulador encostado na primeira parte elevada do quadrante, à direita da posição Alívio. Nesta posição é obtida uma ligeira aplicação, resultante de uma redução na pressão do reservatório equilibrante, que por sua vez a reproduz no encanamento geral da locomotiva e do trem, resultando numa aplicação nos cilindros de freio da locomotiva e dos vagões.  Aplicação de Serviço (Zona de Aplicação) Movendo-se o punho na Zona de Aplicação, para a direita do entalhe da posição de Redução Mínima, aumenta-se a pressão de ar no reservatório equilibrante, que por sua vez a reproduz no encanamento geral através da válvula-relé, resultando no aumento da intensidade da aplicação dos freios na locomotiva e nos vagões. O ponto de aplicação máxima (Serviço Total) é atingido pouco antes do ressalto limitador da posição de Serviço, quando sentir-se resistência do punho.

 Supressão Posição localizada com o punho do manipulador encostado na segunda parte elevada do quadrante, imediatamente à direita da posição aplicação de Serviço Total. Além de prover uma aplicação Total de Serviço, da mesma forma que quando o punho está na posição de Serviço, serve para anular uma aplicação de freio originada pelo Controle de Segurança do Maquinista (Homem Morto ou Sobre Velocidade), através do recondicionamento da válvula de aplicação P-2A.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

 Punho fora Posição localizada no primeiro ponto de entalhe do quadrante, a direita da posição de Supressão. Esta posição coloca todas as válvulas do manipulador em posição inoperante. Quando a locomotiva estiver em um trem sendo Comandada por outra locomotiva em tração múltipla ou for Rebocada Morta, o punho deve permanecer na posição ou pode ser retirado do manipulador, tornando-o inoperante, conforme norma da Ferrovia. Pode ser usada para reduzir a zero a pressão do encanamento geral, além da redução efetuada com o punho do manipulador na posição de Serviço Total.  Emergência É a posição localizada na extrema direita do quadrante do manipulador automático, no último entalhe, a direita da posição Punho Fora. Permite uma queda rápida na pressão do encanamento geral a fim

de

encurtar

a

distância

de

parada,

causando

simultaneamente o funcionamento automático de todos os areeiros das locomotivas e a redução do motor diesel para marcha lenta. Esta posição deve ser utilizada para rearmar o sistema quando houver uma quebra do trem, que provoca uma aplicação de Emergência. Após a aplicação de Emergência o punho do manipulador automático deve permanecer nesta posição até que a pressão indicada no manômetro do reservatório equilibrante caia a zero.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.2

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Válvula interruptora do manipulador automático

A válvula interruptora é usada para isolar ou preparar o manipulador de freio automático para funcionamento com equipamento de trem com alívio direto ou com alívio gradual. Quando operada, aciona internamente a válvula interruptora do encanamento geral, que corta o fluxo de ar da válvula-relé para o encanamento geral.

Válvula Interruptora

Figura 2.35

Válvula Interruptora

O punho da válvula interruptora fica em cada uma de suas três posições por pressão de mola. É necessário comprimir o punho para movê-lo de uma posição para outra. Cada uma das três posições do punho da válvula interruptora condiciona o manipulador automático para um dos tipos de trabalho:  FRT - Posição de Carga Condiciona o manipulador para Alívio Direto, isto é, só se inicia o alívio após o punho do manipulador ter atingido a posição de Alívio ou Marcha. Posição usada nos trens de carga onde as válvulas dos vagões estão condicionadas a promoverem o alívio do sistema de freio com um pequeno incremento de ar no encanamento geral.  OUT - Posição Desligado Isola o manipulador permitindo que se faça por ele apenas as aplicações de Emergência. É utilizada para:  Verificar vazamento no encanamento geral; Estando o manipulador automático desligado pela válvula interruptora, é possível fazer um teste de vazamento do encanamento geral.

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49

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

 Quando a locomotiva está sendo usada como unidade comandada em tração múltipla. Numa locomotiva comandada, o fechamento da válvula interruptora do encanamento geral permite que o abastecimento e redução do encanamento geral sejam feitos a partir da locomotiva comandante.  Quando a locomotiva está sendo usada como unidade rebocada morta.  PASS - Posição Passageiro Condiciona

o

manipulador

para

Alívio

Gradual,

isto

é,

o

alívio

se

faz

proporcionalmente ao deslocamento do punho do manipulador para a esquerda, dentro da Zona de Aplicação em direção à posição de Alívio. Esta posição dever ser isolada quando em trens de carga, pois se a mesma for utilizada, um pequeno deslocamento do punho para trás, dentro da Zona de Aplicação, provoca um Alívio Total nos freios dos vagões, embora o manômetro na cabina do maquinista ainda esteja registrando que os freios estão aplicados. Para todas as operações normais da locomotiva como unidade comandante, o punho da válvula interruptora deve ser colocado na posição FRT ou PASS, dependendo do serviço pretendido para a locomotiva. As aberturas da válvula interruptora incluem também duas válvulas de retenção que ligam a pressão do encanamento geral ou do reservatório principal à válvula interruptora do encanamento geral, dependendo de qual seja a pressão mais elevada.

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50

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula reguladora

A válvula reguladora é composta por uma válvula de admissão e outra de descarga. Sua função é regular manualmente o carregamento e a pressão no reservatório equilibrante e, através da repetição dessa pressão na válvula-relé, obtém-se a regulagem no encanamento geral. A função de auto recobrimento da válvula reguladora mantém automaticamente a pressão do reservatório equilibrante, independente da sobrecarga e contra vazamentos. Essa válvula é operada por um excêntrico fixo ao eixo do manipulador, comandado pelo punho. Regula a formação de pressão no encanamento (15) de carregamento do reservatório equilibrante. Essa pressão é canalizada diretamente pela passagem (5) do manipulador ou através de uma válvula P-2A de aplicação de freio, para fora do manipulador. Em seguida, é conduzida através da passagem (5) do manipulador para a face externa do diafragma da válvula-relé. O deslocamento do punho do manipulador automático da posição Alívio para a Zona de Aplicação faz a válvula reguladora diminuir a pressão no reservatório equilibrante em proporção à extensão do deslocamento até que, na posição Serviço Total, a pressão do reservatório equilibrante seja reduzida o suficiente para produzir uma aplicação de serviço total. A ajustagem da pressão do reservatório equilibrante na posição Alívio pode ser feita atuando-se no parafuso de ajuste (A) da extremidade de válvula reguladora.

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51

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula-relé

Esta parte do manipulador consiste de uma válvula operada por diafragma, que repete a pressão do reservatório equilibrante no encanamento geral, isto é, estabelece uma pressão no encanamento geral igual à pressão do reservatório equilibrante. Ele é capaz de fornecer ou descarregar a pressão do encanamento geral. Com o punho do manipulador automático na posição Alívio, ela atua como válvula alimentadora para carregar o encanamento geral da locomotiva e do trem, Com o punho do manipulador automático nas posições de Aplicação, de Supressão, de Punho Fora e de Emergência, a redução da pressão do reservatório equilibrante pela válvula reguladora faz com que a válvula-relé reduza de modo correspondente a pressão do encanamento geral. A válvula-relé manterá a pressão do encanamento geral contra os vazamentos do mesmo.

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52

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula Interruptora do encanamento geral

A válvula interruptora do encanamento geral interrompe o fluxo de ar da válvula-relé para o encanamento geral, na eventualidade de que:  Ocorra uma aplicação de emergência;  A válvula interruptora piloto seja operada para a posição OUT;  Seja operado qualquer dispositivo auxiliar ligado ao manipulador que exija a interrupção do fluxo de ar para o encanamento geral, para as finalidades da proteção contra fracionamento do trem.

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53

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.6

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de descarga

Quando o punho do manipulador automático estiver na posição Emergência, a válvula de descarga é operada por um excêntrico existente em seu eixo, para produzir uma queda rápida da pressão do encanamento geral.

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54

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.7

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de emergência

Quando o punho do manipulador automático estiver na posição Emergência, a válvula de emergência é operada por um excêntrico existente em seu eixo, para executar as duas funções:  Fornecer um fluxo de ar do reservatório principal para o encanamento (12), destinado à operação das chaves interruptoras PCS (Power Cutoff Switch), que atua no corte dos motores de tração, e outras funções auxiliares que possam ser exigidas.  Descarregar rapidamente a pressão do reservatório equilibrante, de modo a assegurar o descarregamento do encanamento geral.

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55

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.8

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de supressão

A válvula de supressão é operada por um excêntrico existente no eixo do punho do manipulador automático, para:  Fornecer ar do reservatório principal ao orifício (26), para operação dos dispositivos auxiliares, nas posições Supressão, Punho Fora e Emergência.  Bloquear o encanamento (8), de modo a restabelecer a válvula de aplicação de freio P-2A antes de aliviar estas aplicações de freio auxiliar.  Fornecer ar do reservatório principal ao orifício (3), com o punho do manipulador na posição Alívio, de modo a manter aberta a válvula interruptora do reservatório equilibrante e a válvula-carretel da válvula interruptora do manipulador, via orifício (7).

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.9

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Reservatório equilibrante

Fornece um volume adicional de 3,6 litros de ar para a câmara do pistão da válvula-relé do manipulador automático, a fim de evitar o alívio dos primeiros vagões, o que proporciona estabilidade ao sistema de freio a ar. Também permite ao maquinista efetuar reduções controladas no encanamento geral.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.1.10

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Válvula Interruptora do reservatório equilibrante

Esta válvula serve para permitir a operação de trens que utilizam equipamentos do tipo de alívio direto ou graduado nos vagões:  Em serviço de carga Com o punho da válvula interruptora do manipulador na posição FRT, a válvula interruptora do reservatório equilibrante somente fica aberta com o punho do manipulador automático na posição Alívio, e somente nesta posição podem ser feitos os alívios de freio.  Em serviço de passageiros Com o punho da válvula interruptora do manipulador na posição PASS, a válvula interruptora do reservatório equilibrante é mantida aberta em todas as posições do punho do manipulador automático e os freios podem ser completamente aliviados na posição Alívio ou podem ser aliviados gradualmente pelo punho do manipulador automático.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.2

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Manipulador independente SA-26

O manipulador de freio independente SA-26, montado na frente do suporte dos encanamentos, é destinado a:  Aplicar e aliviar os freios da locomotiva, ou do conjunto de locomotivas, quando se trata de tração múltipla, em separado dos freios da composição.  Aliviar uma aplicação do freio automático da locomotiva em separado dos freios da composição. A aplicação do freio independente é feita através do punho do manipulador independente, que está localizado no pedestal de controle, abaixo do punho do manipulador automático. Punho do Manipulador Independente

Figura 2.36

Punho do manipulador independente SA-26

O movimento do punho do manipulador independente possui 4 (quatro) posições, conforme indicado na Figura 2.37.

Figura 2.37

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Zonas de aplicação do freio independente

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária  Alívio (Marcha)

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É a posição mais à esquerda do quadrante do manipulador que faz

aliviar

os

freios

da

locomotiva

após

uma

aplicação

independente. O punho do manipulador normalmente fica nesta posição quando a locomotiva estiver trafegando normalmente ou quando em tração múltipla na condição de Comandada ou Morta, mantendo soltos os freios da locomotiva.

 Alívio rápido

Quando na posição de Alívio, se o punho do manipulador da locomotiva comandante for pressionado para baixo, ocorrerá a Supressão ou Alívio Rápido de uma aplicação de serviço do freio automático das locomotivas, sem afetar a aplicação do freio automático do trem.

 Aplicação

É a posição onde se aplicam os freios da locomotiva. O grau de aplicação do freio é determinado pela distância em que o punho do manipulador é movimentado em direção à posição de aplicação total. Voltando-se o punho no setor de aplicação obtém-se o Alívio Gradual dos freios da locomotiva.

 Aplicação total

É a posição mais à direita do quadrante do manipulador. Proporciona a aplicação máxima disponível do freio para a frenagem da locomotiva.

O movimento do punho do manipulador independente da posição de alívio para a posição Aplicação Total atua um excêntrico que, por sua vez, posiciona um conjunto de válvula de alimentação e exaustão para primeiramente assentar a válvula de exaustão e, em seguida, desassentar a válvula alimentadora. O ar do reservatório principal flui através da válvula alimentadora desassentada, do orifício (30) para o orifício (20). O orifício (20) do suporte dos encanamentos do manipulador é ligado ao orifício de controle (16) da válvula-relé da locomotiva. Portanto, a pressão criada no orifício (20) atuará a válvula-relé para criar pressão nos cilindros de freio d locomotiva.

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Ao aumento da pressão contra o diafragma, se opõe a pressão de mola no lado oposto e, quando ocorre o equilíbrio entre a pressão do ar e a pressão da mola, conjunto da válvula é movido para a sua posição “Recobrimento”. Nesta posição, a válvula alimentadora fica fechada interrompendo o fluxo de ar do reservatório principal para o orifício (20). Se, em resultado de um vazamento da linha (20), ocorrer uma queda de pressão, o diafragma será deslocado para novamente desassentar a válvula alimentadora e permitir que o ar do reservatório principal restabeleça a pressão no orifício (20) até o valor da regulagem da mola. Esta é a característica de manutenção de pressão por auto recobrimento do manipulador independente. A compressão do punho do manipulador independente, sempre que o mesmo estiver na posição Alívio, provocará o alívio de qualquer aplicação de freio automático existente na locomotiva. O ar do reservatório principal fluirá para o orifício (13), o qual é ligado à parte de alívio rápido da válvula de controle 26-F, que funciona para aliviar os freios da locomotiva. O abaixamento do punho do manipulador independente em um ponto na zona de aplicação aliviará a aplicação automática apenas pelo valor correspondente à sua posição na zona de aplicação.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.2.1

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Válvula de Controle 26-F

A válvula de controle 26-F pode ser considerada como o cérebro do sistema de freio. É uma válvula automática, composta de um suporte de encanamentos, ao qual são fixados todos os encanamentos, uma parte de serviço e uma parte de alívio rápido. Válvula limitadora de serviço

Suporte do encanamentos

Parte de serviço Tampão de alívio gradual

Parte de alívio rápido Figura 2.38

Válvula de controle 26-F

As conexões dos encanamentos até o suporte são designadas numericamente e assim são identificadas no diagrama da Figura 2.39.

1 - Encanamento geral

5 - Reservatório auxiliar

7 - Reservatório de controle

9 - Volume de válvula seletora

10 - Descarga dos cilindros de freio

13 - Encanamento atuante

16 - Encanamento de aplicação do cilindro de freio

Figura 2.39

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Diagrama da válvula de controle 26-F

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 Parte de serviço A parte de serviço da válvula de controle 26-F é comandada por variações de pressão no encanamento geral, tendo como referência à pressão do reservatório de controle, em ritmo de serviço ou de emergência causadas pelas posições do manipulador automático ou por penalidades, ou, originadas no trem.

Figura 2.40

Parte de serviço da válvula de controle 26-F

Quatro reservatórios são controlados pela parte de serviço: 1) Reservatório Auxiliar

 16,4 litro

Destinado a armazenar o ar para aplicar os freios através da válvula-relé. 2) Reservatório de Controle

 14,7 litro

Serve como volume de referência para movimentar e manter a válvula de controle na posição de aplicação de freio de serviço ou de emergência. 3) Reservatório de Volume Seletor  8,2 litro Serve como volume de referência para movimentar a válvula de controle para a posição de serviço rápido, assim como para efetuar o alívio gradual dos freios quando a válvula de controle é condicionada para alívio gradual. 4) Reservatório de Volume

 1,5 litro

Também é conhecido como Reservatório de Falso Volume do Cilindro de Freio. Sempre que há uma aplicação do freio automático, o ar do reservatório auxiliar flui através da válvula de controle 26-F para o reservatório de volume, em proporção à redução de pressão do encanamento geral. A pressão criada neste reservatório é reproduzida nos cilindros de freio pela válvularelé. Este reservatório poderá ser suprimido se o volume da tubulação e das câmaras internas das válvulas–relés for o suficiente para o equilíbrio. A parte de serviço é composta pelas seguintes partes: UNIVIX / VALE

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 Válvula de serviço A válvula de serviço é uma válvula-carretel composta de dois pistões com diafragmas e um sistema de molas, comandada pela redução de pressão do encanamento geral, com referência à pressão mantida no reservatório de controle. Os dois diafragmas, selecionados para referência correta de pressão do manipulador, em conjunto com a mola da parte de serviço permitem a operação estável do freio automático, juntamente com a criação adequada de pressão no cilindro de freio, a fim de funcionar satisfatoriamente em conjunto com outros sistemas de freio automático. Sempre que ocorrer uma redução na pressão do encanamento geral, o conjunto da válvula-carretel move-se para cima fechando-se a válvula de Alívio e depois abrindo a válvula de Aplicação. As válvulas de aplicação e de alívio controlam o movimento de ar do reservatório auxiliar para o encanamento de controle da válvula-relé e desta para a atmosfera. O carretel da válvula de serviço também serve para descarregar o ar que controla a válvula-relé, sempre que a pressão do encanamento geral for aumentada.  Válvula de carregamento A válvula de carregamento tem duas funções: 1) Interromper o fluxo de ar do volume do serviço rápido para a atmosfera, após iniciada a aplicação de freio. 2) Interromper a dissipação do ar do reservatório de controle para o encanamento geral durante a operação de Alívio Gradual da válvula de controle.  Tampão de alívio gradual ou direto O tampão de alívio gradual ou direto fica na parte de serviço, e sua posição é determinada pelo tipo de serviço no qual a locomotiva vai ser usada: 1) Alívio direto - (DIR REL)

 serviço de carga

2) Alívio gradual - (GRAD REL)

 serviço de passageiro

 Válvula seletora A válvula seletora é uma válvula-carretel de operação por diafragma A pressão do ar do volume seletor fica aplicada na face externa do diafragma, em oposição à pressão do encanamento geral sobre o lado da mola do diafragma. UNIVIX / VALE

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Funciona de modo semelhante a uma válvula tríplice no início de uma redução no encanamento geral, para produzir a função de Serviço Rápido. Contém uma característica que permite que a válvula de controle seja incluída de modo satisfatório em trens com equipamento de freio D-22. Ela também exerce a função de alívio gradual, estando o tampão de alívio gradual na posição de alívio gradual (GRAD REL), e fornece um alívio direto quando o tampão de alívio gradual está na posição de alívio direto (DIR REL).  Válvula de retenção de sobrecarga da válvula seletora A válvula de retenção de sobrecarga da válvula seletora, localizada na passagem de exaustão da válvula seletora, consiste de uma válvula de retenção por pressão de mola e protetor de descarga que retém aproximadamente 35 a 45 psi de pressão do volume seletor sobre a face externa do diafragma da válvula seletora durante a aplicação de emergência. Isso faz com que seja necessário aumentar primeiramente a pressão do encanamento geral até o valor da pressão do volume seletor, antes que se possa realizar o alívio de aplicação de freio de emergência.  Válvula de retenção de carregamento do reservatório auxiliar Controla o carregamento do reservatório auxiliar a partir do encanamento geral.  Válvula de retenção de dissipação do reservatório de controle Controla a dissipação do ar do reservatório de controle para o encanamento geral durante o alívio direto da válvula de controle.  Válvula de retenção do refluxo Controla a dissipação do ar do encanamento geral da câmara da mola da válvula seletora para o volume de serviço rápido, durante os estágios iniciais de uma aplicação de freio. A parte de serviço também contém duas válvulas limitadoras de pressão do cilindro de freio, dispostas em paralelo:  Válvula limitadora de pressão no cilindro de freio nas aplicações de serviço; Limita a pressão máxima dos cilindros de freio durante as aplicações de serviço. A válvula limitadora de serviço é calibrada em um banco de provas e é lacrada com arame e lacre de chumbo. UNIVIX / VALE

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Este lacre não deve ser quebrado exceto quando houver autorização do pessoal credenciado da Ferrovia.  Válvula limitadora de pressão no cilindro de freio nas aplicações de emergência; Limita a pressão máxima obtida durante as aplicações de emergência. A válvula limitadora de pressão de emergência é mantida fechada por uma pressão predeterminada do encanamento geral e é aberta para limitar a pressão dos cilindros de freio somente depois que a pressão do encanamento geral cai abaixo daquele valor, como ocorre durante as aplicações de emergência. A válvula limitadora de emergência é calibrada durante a fabricação e não requer ajustes.  Parte de alívio rápido A parte de alívio rápido é projetada para permitir o alívio dos freios da locomotiva em separado de uma aplicação do freio automático da locomotiva pela parte de serviço, sempre que o maquinista comprimir o punho do manipulador independente na posição de alívio ou, automaticamente, quando a válvula magnética de intertravamento do freio dinâmico for energizada, isto é, quando a locomotiva entrar em Frenagem Dinâmica.

Figura 2.41

Parte de alívio rápido

Quando se abaixa o punho do manipulador independente, a pressão do ar criada no encanamento atuante (13) do manipulador flui para o orifício (13) da válvula de controle, provocando assim, a operação do conjunto válvula-carretel e diafragma pequeno da parte da válvula de alívio rápido. O movimento deste diafragma e válvula-carretel interrompe, e descarrega para a atmosfera, a pressão de ar do encanamento de aplicação de serviço para a válvula-relé. A operação do diafragma pequeno na válvula de alívio rápido inicia a operação da válvulacarretel e diafragma grande, o qual, por sua vez, permite a descarga do ar do reservatório de controle para a atmosfera em uma quantidade suficiente para equilibrar a pressão do reservatório de controle com a pressão do encanamento geral. UNIVIX / VALE

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Isto evita a reaplicação dos freios ao se soltar o punho do manipulador independente. Para evitar a descarga completa da pressão do reservatório de controle após uma aplicação de emergência e para assegurar uma reaplicação de freio automático imediatamente, mesmo após uma aplicação de emergência, no orifício de exaustão do reservatório de controle há uma válvula de retenção, que também tem um protetor de descarga, mantém aproximadamente 20 psi de pressão no reservatório de controle.

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2.2.3.2.1.1 Funcionamento da válvula de controle 26-F  Carregamento Com o manipulador automático na posição de Alívio, o ar do encanamento geral entra pelo orifício (1) da válvula de controle. Da passagem (1) o ar flui para as seguintes passagens e câmaras:  Para a câmara situada acima da válvula de alivio rápido.  Para a câmara de mola da válvula seletora.  Para a câmara do encanamento geral entre os dois diafragmas da válvula de serviço.  Para a válvula limitadora de emergência dos cilindros de freio, onde a pressão do encanamento geral se opõe à força da mola e desloca a válvula-carretel para a sua posição inferior, ou fechada.  Para a câmara acima da válvula de retenção de dissipação do reservatório de controle, orifício de carregamento (J), passagem (1b), válvula-carretel da válvula de carregamento, passagem (7b) e através da válvula- carretel da válvula seletora e bujão (H). Continua através da passagem (7) para a câmara inferior do diafragma da válvula de serviço, e para o reservatório de controle. Estando o tampão de alivio gradual na posição de alivio direto (DIR REL) a passagem (1b) é ligada diretamente à passagem (7a) através do tampão.  Para a válvula de retenção de recarregamento do reservatório auxiliar, através do bujão (F), através do qual o reservatório auxiliar é carregado. O ar do encanamento geral passando por (7b) vindo da válvula-carretel da válvula seletora, passa para a câmara da válvula-carretel da válvula seletora. Daí, ele flui pelo bujão (G) e orifício (9) para o volume da válvula seletora e para a câmara externa do diafragma da válvula seletora. Se o sistema estiver plenamente carregado, as pressões do encanamento geral e do reservatório de controle que atuam contra as faces opostas do diafragma grnde da válvula de serviço estão equilibradas. O pistão da válvula de serviço e o diafragma são mantidos em sua posição inferior pela mola de alívio, que atua contra o diafragma.

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A extremidade da haste do diafragma da válvula de serviço se afasta da válvula de retenção de alívio e aplicação, de modo a permitir que os orifícios (16 a 16a) sejam descarregados para a atmosfera.  Posição de serviço Quando o punho do manipulador automático é movido para a posição Serviço, a pressão do encanamento geral no orifício (1) é reduzida para um nível determinado pelo deslocamento do punho do manipulador. Esta redução da pressão do encanamento geral ocorrerá na câmara superior do diafragma grande da válvula de serviço. O diferencial de pressão causado pela pressão mais elevada do reservatório de controle, atuando contra este diafragma, iniciará o movimento ascendente do conjunto do diafragma da válvula de serviço e da haste do pistão para primeiro fechar a válvula de alívio e, em seguida, abrir a válvula de aplicação. A redução da pressão do encanamento geral ocorre, também, na câmara de mola da válvula seletora. O diferencial de pressão resultante, estabelecido no diafragma da válvula seletora, desloca o diafragma e a válvula-carretel para permitir que aconteça o seguinte:  O carregamento do volume seletor, com ar do reservatório de controle via orifício (G), é interrompido pela válvula-carretel.  A ação de serviço rápido ocorre logo que a pressão do ar do encanamento geral na câmara da mola tiver sido reduzida o suficiente para criar um diferencial no diafragma da válvula seletora suficiente para mover a válvula-carretel para dentro, até uma posição em que o orifício (1c) fica ligado com a câmara da mola. Então, o ar do encanamento geral passa pelo orifício (1c), orifício (K), válvula de retenção do refluxo e orifício (6a) para o volume de serviço rápido no suporte dos encanamentos. O ar do volume de serviço rápido é dissipado pelo orifício (C) e orifício (6) para a atmosfera, através da extremidade da válvula-carretel da válvula de carregamento.  Quando o conjunto do diafragma da válvula seletora e válvula-carretel tiver se deslocado para dentro, até a posição de Serviço (válvula seletora contra o corpo), a pressão do volume seletor no orifício (9) atuando contra a face externa do diafragma da válvula seletora, é descarregada para a atmosfera via passagem de exaustão e válvula de retenção de sobrecarga do volume seletor, arte que a pressão

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do volume seletor tenha caído o suficiente para equilibrar as forças no diafragma, através da válvula e do orifício (L), para a atmosfera. O conjunto do diafragma e válvula-carretel é deslocado pela tensão da mola para uma posição de Recobrimento terminando a redução da pressão do volume seletor. Quando a válvula de aplicação for aberta, o ar do reservatório auxiliar no orifício (5) flui através da válvula de aplicação e da válvula limitadora nos cilindros de freio nas aplicações de serviço para as seguintes câmaras:  Para a face externa do diafragma da válvula de carregamento, iniciando o movimento da válvula-carretel, o qual interrompe a descarga do ar do encanamento geral, via volume do serviço rápido, apara a atmosfera.  Para o orifício (16), existente no suporte dos encanamentos, via válvula-carretel do diafragma menor da válvula de alívio rápido e daí, através do encanamento (16) de aplicação dos cilindros de freio, para a válvula-relé.  Para a câmara da mola existente na válvula de serviço, onde a pressão continuará a aumentar até que as forças combinadas (mola, pressão do ar na câmara da mola e pressão do encanamento geral) equilibram-se coma força resultante da pressão do reservatório de controle, que atua em oposição contra o diafragma maior. Sempre que for atingido o ponto de equilíbrio, o conjunto do diafragma da válvula de serviço e a haste do pistão serão deslocados para baixo para tomarem uma posição de recobrimento onde a válvula de aplicação é fechada pela tensão da mola e a válvula de alívio permanece fechada.  A pressão do ar nos orifícios (16 e 16a) aumenta no lado de baixo da válvula limitadora dos cilindros de freio em serviço até atingir um ponto em que excede a força da mola da válvula limitadora. Quando isto ocorre, a válvula-carretel é deslocada para cima, apara uma posição onde há interrupção do fluxo de ar da válvula de aplicação para o orifício (16). A tensão da válvula limitadora limita a pressão máxima entregue à válvula-relé durante uma aplicação dos freios de serviço. Sempre que forem empregadas pressões mais elevadas do encanamento geral, é possível obter-se uma sobre redução coma a válvula de controle 26-F. Não obstante, a sobre redução não apresentará qualquer efeito na pressão dos cilindros de freio, pois esta pressão é determinada pelas válvulas limitadoras dos cilindros de freio de emergência e de serviço. UNIVIX / VALE

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 Posição de Emergência Quando ocorre uma aplicação de Emergência, a válvula de controle 26-F funciona de modo semelhante ao descrito acima. Todavia, várias funções adicionais são desenvolvidas na válvula de controle, como segue:  Como no caso de uma aplicação de Serviço, a pressão do volume seletor é reduzida através do orifício (9) da válvula-carretel da válvula seletora para atmosfera, via válvula de retenção de sobrecarga do volume seletor. Entretanto, a pressão do volume seletor é impedida de descarregar por causa da mola da válvula de retenção de sobrecarga do volume seletor que mantem aproximadamente 35 a 45 psi.  O ar do reservatório auxiliar fluindo através da válvula de aplicação, passa para as válvulas limitadoras dos cilindros de freio e para os orifícios (16a e 16) e para a válvula-relé. Existe uma câmara para o ar do encanamento geral na válvula limitadora de emergência e é esta pressão que normalmente retém para baixo o carretel para baixo o carretel da válvula limitadora dos cilindros de freio de emergência. Durante os estágios iniciais de uma aplicação de emergência, a válvula limitadora de emergência permanece fechada. Quando a pressão do encanamento geral cair para entre 10 e 15 psi, a força da mola da válvula limitadora de emergência vence a força resultante da pressão do encanamento geral sobre a válvula-carretel. A válvula-carretel é, então, movida para cima, abrindo a válvula de retenção e proporcionando uma passagem alternativa ao ar do reservatório auxiliar para o orifício (16) e válvula-relé. Durante as aplicações de emergência, a queda da pressão do encanamento geral é tão rápida que, no instante em que a válvula limitadora de emergência abre a válvula de retenção, a válvula limitadora de serviço ainda está aberta. A válvula de retenção da válvula limitadora do freio de emergência permanecerá aberta para permitir a continuação do fluxo de ar para a válvula-relé. A pressão do ar admitido à válvula relé aumenta e a válvula limitadora de serviço se fechará quando for atingida a sua pressão calibrada. O continuado aumento da pressão aplica, também, uma força contra a válvulacarretel da válvula limitadora do freio de emergência. Quando esta pressão atinge um ponto ligeiramente superior ao valor da mola da válvula-carretel, a válvula–carretel será forçada a descer, permitindo que a válvula de UNIVIX / VALE

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retenção seja assentada, cessando o prosseguimento da descarga do ar do reservatório auxiliar para a válvula-relé.  Posição de alívio Quando o punho do manipulador automático é movido para a posição Alívio, o aumento da pressão do encanamento geral provoca um aumento semelhante na câmara do encanamento acima do diafragma grande da válvula de serviço. As forças combinadas da pressão no orifício (16), pressão do encanamento geral e mola de alívio grande, atuando contra a pressão do reservatório de controle, fazem descer o diafragma de serviço e a haste do pistão puxando a válvula de alívio. Isto permite que o ar do orifício (16) descarregue para a atmosfera a válvula-relé, através da haste do pistão da válvula de serviço para o orifício (10) no suporte dos encanamentos. A mesma pressão do orifício (16) é também descarregada da face externa do diafragma da válvula de carregamento e a força da mola retornará à válvula-carretel da válvula de carregamento e o diafragma para a sua posição normal ou de carregamento. O carregamento do encanamento geral para o reservatório de controle é restabelecido, especialmente se o tampão de alívio gradual estiver posicionado para operação de alivio gradual (GRAD REL). A queda continuada da pressão dos cilindros de freio nas válvulas limitadoras permite que a mola da válvula limitadora de freio de serviço faça descer a válvula e, devido ao aumento da pressão do encanamento geral, fica, também, posicionada para baixo a válvula-carretel da válvula limitadora do freio de emergência. Estando ambas a s válvulas na posição normal (inferior) todo o ar do orifício (16) flui rapidamente para a atmosfera. O aumento da pressão do encanamento geral na câmara da mola da válvula seletora até o valor da pressão do volume seletor moverá o conjunto do diafragma e carretel da válvula seletora para a sua posição normal, restabelecendo o carregamento do reservatório de controle e do reservatório de volume seletor até a pressão do encanamento geral.  Alívio Independente de uma Aplicação Automática Para aliviar os freios da locomotiva, independentemente dos freios do trem, o punho do manipulador independente SA-26 deve ser abaixado na posição Alívio. O ar do reservatório principal passará para o orifício (13) na válvula de controle, através do encanamento atuante.

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Este ar descarrega através do orifício (13), para o lado de baixo do diafragma menor da válvula de alívio rápido, onde a força vence a força da mola que atua contra a face externa do diafragma e o conjunto do diafragma e válvula-carretel é movido para sua posição mais alta. O ar do reservatório de controle pode então fluir através da válvula-carretel para o lado inferior do diafragma maior da parte de alívio rápido. A pressão do reservatório de controle, sendo mais alta que a pressão do encanamento geral contra a face oposta do diafragma, posiciona o conjunto do diafragma e válvulacarretel na sua posição mais alta. Estando ambas as válvulas-carretel nesta posição, o ar do orifício (16) que é ligado à válvula-relé, é descarregado para a atmosfera e o ar do reservatório de controle e orifício (7) é, também, descarregado para a atmosfera. O reservatório de controle continuará a ser descarregado para a atmosfera até que a sua pressão tenha sido reduzida para aproximadamente a pressão do encanamento geral, então o diferencial de pressão no diafragma maior será contrabalançado e o conjunto do diafragma maior e válvula-carretel serão forçados para baixo. Isto faz cessar a exaustão para a atmosfera do reservatório de controle. A redução da pressão do ar do reservatório de controle é necessária, porque ela deve ser equilibrada com a do encanamento geral, de modo a evitar a reaplicação dos freios da locomotiva, quando do alívio do punho manipulador independente for solto. Entretanto, para impedir a descarga total da pressão do reservatório de controle quando se alivia o freio da locomotiva após uma aplicação de Emergência, uma válvula de retenção da pressão do reservatório de controle mantém aproximadamente 20 psi no reservatório de controle, que é o valor da pressão de sua mola. A finalidade da manutenção desta pressão no reservatório de controle é a de tornar possível uma reaplicação automática na locomotiva após o alívio do freio da locomotiva, mesmo depois de uma aplicação de emergência.

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Válvula-relé J-1

A válvula-relé J-1 é uma válvula de alta capacidade do tipo auto recobridor e mantenedor de pressão, operada por diafragma. Controla o desenvolvimento da pressão no encanamento de equalização dos cilindros de freio da locomotiva durante as aplicações e alívio dos freios da locomotiva seja pelo manipulador automático ou pelo manipulador independente. Esta pressão será destinada para a aplicação dos freios das locomotivas comandadas no caso de operação em tração múltipla.

Figura 2.42

Válvula-relé J-1

Consiste de uma haste de pistão com anéis “O” e uma válvula de retenção de borracha de sede dupla. Transfere para o cilindro de freio da locomotiva comandada, através do encanamento de equalização e da seletora F-1, a mesma pressão recebida na locomotiva comandante, durante a aplicação dos freios. A parte operativa está montada em um suporte de encanamentos, no qual são feitas todas as conexões dos encanamentos até o suporte, que são designadas numericamente e assim são identificadas no diagrama da Figura 2.43.

6 - Abastecimento (RP)

16 - Controle

Figura 2.43

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30 - Entrega (Cilindro de Freio - CF)

Diagrama da válvula-relé J-1

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Suas finalidades são:  Fornecer e descarregar a pressão de ar dos cilindros de freio e do encanamento equilibrante dos cilindros de freio, durante as aplicações ou alívio dos freios das locomotivas, quando opera sozinha, sem a presença da válvula relé J-1.6-16.  Fornecer e descarregar a pressão de ar apenas do encanamento equilibrante dos cilindros de freio, durante as aplicações ou alívio dos freios das locomotivas, quando opera em conjunto com a válvula relé J-1.6-16.

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

2.2.3.2.2.1 Funcionamento da válvula-relé J-1 Esta válvula de auto recobrimento, operada por diafragma é projetada para desenvolver nos cilindros de freio uma pressão aproximadamente equivalente à pressão gerada no encanamento que a controla. Durante as aplicações de freio, o ar de controle cria uma pressão na tubulação (16) do suporte dos encanamentos até a válvula-relé. Esta pressão de ar é, também, criada na câmara inferior do pistão e da face do diafragma grande da válvula-relé, fazendo subir o conjunto do diafragma e da haste. Durante este movimento ascendente, a extremidade da haste do pistão, que contém uma sede da válvula de exaustão, encosta e veda o lado inferior da válvula de retenção de borracha para fechar a conexão de exaustão através da haste do pistão contra o orifício (30), que é ligado aos cilindros de freio. O prosseguimento do movimento ascendente faz com que a válvula de retenção de borracha seja movida para fora da sede da válvula alimentadora e o ar do reservatório principal flui através da válvula de retenção de borracha para o orifício (30) e para os cilindros de freio. O orifício (30) é também ligado através do orifício estabilizador à câmara da mola da face interna do diafragma da válvula-relé, de modo que à medida que estiver sendo criada uma pressão nos cilindros de freio, estará sendo criada uma pressão igual na câmara de mola. Na medida em que o diafragma for ficando equilibrado, ele é movido para baixo, para a posição de Recobrimento (LAP), na qual a válvula de retenção de borracha fica assentada contra a sede da válvula alimentadora, de modo a cessar o fluxo de ar para o cilindro de freio e a válvula de exaustão permanece assentada. A válvula-relé voltará a funcionar para manter a pressão da tubulação de entrega sempre que ocorrer um vazamento dos cilindros de freio. A pressão na câmara da mola diminuirá e o diafragma e a haste serão novamente deslocados para cima, pela pressão de controle mais alta, que atua contra sua face externa. Assim, a válvula de retenção de borracha será forçada a sair de sua sede na válvula alimentadora e o ar do reservatório principal fluirá para os cilindros de freio, a fim de restabelecer a pressão perdida pelo vazamento. Quando for novamente atingido o equilíbrio com a pressão de controle, o diafragma e a haste serão abaixados para a posição de Recobrimento, interrompendo o fluxo de ar do reservatório principal para os cilindros de freio.

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76

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Quando dos alívios de freio, uma redução na pressão do ar de controle que atua contra a face externa do diafragma da válvula-relé fará com que a pressão mais alta dos cilindros de freios desloque para baixo o diafragma e a haste, fazendo a válvula de exaustão abrir a válvula de retenção de borracha. O ar do cilindro de freio é então descarregado através da sede da válvula de retenção e da haste o orifício de descarga e, daí, para a atmosfera. Pode-se, também, obter um alívio gradual da pressão de ar dos cilindros de freio sempre que a pressão de ar controlada for aliviada gradualmente. Quando isto ocorre, a pressão mais alta dos cilindros de freio faz o diafragma operar para abrir a descarga até o diafragma ficar novamente em equilíbrio após o que ele retornará para sua posição de Recobrimento.

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77

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.2.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula-relé J-1.6.16 ou válvula-relé J-1.4.14

A válvula-relé J-1.6.16, ou a válvula-relé J-1.4.14, é uma válvula de alta capacidade do tipo auto recobridor e mantenedor de pressão, operada por dois diafragmas.

Figura 2.44

Válvula-relé J-1.6-16

A parte operativa está montada em um suporte de encanamentos, no qual são feitas todas as conexões dos encanamentos até o suporte, que são designadas numericamente e assim são identificadas no diagrama da Figura 2.45.

6 - Abastecimento (RP)

Figura 2.45

16 - Controle

30 - Entrega (Cilindro de Freio - CF)

Diagrama da válvula-relé J-1.6-16

Este tipo de válvula controla o desenvolvimento da pressão no cilindro de freio da locomotiva comandante durante as aplicações e alívio dos freios da locomotiva, feita pelo manipulador automático ou pelo manipulador independente. É utilizado em locomotivas com truques projetados para a utilização de sapata de freio de composição de alta fricção, que aplicam uma força de retardamento que depende menos da velocidade da locomotiva do que as de ferro fundido. Para atender a solicitação dos operadores, de uma maior força de retardamento a baixas velocidades, foi projetado um sistema de freio de dois níveis.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Assim, todas as aplicações de sapatas de freio de composição são feitas para produzir uma pressão mais alta no freio independente, do que nas aplicações do freio automático. Quando a aplicação dos freios é originada pelo manipulador independente, estas válvulas transferem para o cilindro de freio da locomotiva comandada, através do encanamento de equalização dos cilindros de freio e da chave seletora F-1, a pressão recebida da locomotiva comandante, acrescida de um percentual, de acordo com a sua especificação. Tabela 2.6 Pressão desenvolvidas pelas válvulas-relé do tipo J

Válvula J-1

Pressão desenvolvida [% da pressão de controle]

Observação

100%

J-1.6.16

160%, 100% ou 60%

160% somente quando a aplicação é feita pelo freio independente

J-1.4.14

140%, 100% ou 40%

140% somente quando a aplicação é feita pelo freio independente

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79

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.2.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula-relé HB-5

A válvula-relé HB-5 é uma válvula pilotada pneumaticamente por um diafragma, que nas aplicações de freio feitas por intermédio do manipulador automático, interrompe o fluxo de ar admitido no diafragma menor da válvula J-1.6.16, evitando assim que a aplicação de freio automático na locomotiva comandante seja multiplicada nas locomotivas comandadas, que possuem a válvula-relé J-1.6.16 ou J-1.4.14.

Figura 2.46

Válvula-relé HB-5

Entretanto, nas aplicações de freio pelo manipulador independente ela permite o fluxo de ar admitido no diafragma menor da válvula J-1.6.16, que aumenta o nível da aplicação dos freios nas locomotivas comandadas, através ativação da segunda câmara da válvularelé J-1.6-16 ou J-1.4.14.

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80

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.2.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de transferência MU-2A

A válvula de transferência MU-2-A pilota a válvula seletora F-1 para permitir que o equipamento das locomotivas comandadas equipadas com sistema 26-L possa operar em tração múltipla com uma locomotiva comandante equipada não somente com o equipamento tipo 6-SL ou 26-L, como também com o sistema 24-RL.

Figura 2.47

Válvula de transferência MU-2A

É montada em um suporte de encanamentos e composta por uma válvula de carretel de três posições operada por um excêntrico existente no eixo do punho. As três posições são indicadas em uma placa (escudo) afixada ao corpo da válvula. 

LEAD or DEAD  Comandante ou Morta Posição usada sempre que a locomotiva trafegar Escoteira, comandando um trem, ou como comandante de um grupo de locomotivas em tração múltipla. A Válvula MU-2A deve ser deixada também nesta posição se a locomotiva estiver trafegando Morta em uma composição, isto é, sem tração, e apenas com o encanamento geral ligado.



TRAIL 6 or 26

 Comandada - 6 ou 26

Esta posição é usada para preparar a locomotiva para operar em tração múltipla, na condição de comandada, por outra locomotiva dotada de equipamento 6-SL ou 26-L. 

TRAIL 24

 Comandada 24

Esta posição é usada para preparar a locomotiva para operar em tração múltipla, na condição de comandada, por outra locomotiva dotada de equipamento 24-RL. O punho deve ser posicionado com a seta apontando para a posição escolhida. Para mover o punho de uma posição para outra, force-o manualmente para baixo contra a mola para permitir o seu movimento. UNIVIX / VALE

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81

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

2.2.3.2.5.1 Funcionamento da válvula MU-2A As conexões dos encanamentos são feitas no suporte dos encanamentos e são as seguintes: Posição Comandante ou Morta Na posição Comandante ou Morta a pressão do reservatório principal no orifício (30) é bloqueada e os orifícios (53 e 63) são ligados para a atmosfera. A pressão de aplicação independente, que vem do manipulador independente (orifício (20)) é ligada ao orifício (2) da válvula MU-2-A e passa através da válvula-carretel para o orifício (20). O orifício (20) da válvula MU-2-A é ligado, não apenas no orifício (20) da válvula seletora F-1, onde o ar fica bloqueado, como também, ao orifício (16), da válvula-relé J-1 da locomotiva, para permitir aplicações de freio independente na locomotiva. O encanamento atuante do manipulador (orifício (13)) é ligado ao orifício (3) da válvula MU-2-A, e passa através da válvula-carretel para o orifício (13) da válvula MU-2-A e para o encanamento atuante na válvula de controle 26-F e também para o encanamento atuante, se o mesmo existir na locomotiva.

Figura 2.48

Posição Comandante ou Morta

Posição Comandada – 6 ou 26 Quando uma locomotiva equipada com equipamento 26-L é comandada por uma locomotiva que usa equipamento nº 6 ou 26, válvula MU-2-A é colocada na posição Comandada 6 ou 26. A válvula-carretel veda os orifícios (2,3,13 e 20). O orifício (30) que é ligado ao encanamento atuante (13) do manipulador, é descarregado pelo manipulador independente quando seu punho está na posição Alívio. A pressão do reservatório principal é ligada através da válvula-carretel aos orifícios (53 e 63) da válvula seletora F-1. UNIVIX / VALE

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82

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Figura 2.49

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Posição Comandada - 6 ou 26

Isto posiciona a válvula F-1 para permitir que o ar do encanamento equilibrante dos cilindros de freios, orifício (14) seja ligado aos orifícios (16 e 20) os quais são ligadas através da válvula de retenção dupla e, assim, ao orifício (16) da válvula-relé da locomotiva, durante uma aplicação de freio proveniente da locomotiva comandante. Posição Comandante – 24 Quando a locomotiva equipada com 26-L é comandada por uma locomotiva com sistema 24-RL, a válvula MU-2-A é colocada na posição Comandada 24. Os orifícios (2, 3 13 e 20) são bloqueados e o orifício (53) é ligado para a atmosfera, como no caso da posição Comandada - 6 ou 26. O orifício (3) é descarregado pelo manipulador independente, quando seu punho estiver na posição Alívio. A pressão do reservatório principal é ligada ao orifício (63), o qual, por sua vez, é ligado à válvula seletora F-1. Isto posiciona a válvula F-1 para permitir que o ar do encanamento equilibrante dos cilindros de freios descarregue para os orifícios (14) e (20), na válvula seletora F-1, daí para válvula de retenção dupla e, para o orifício (16), da válvula-relé da locomotiva, durante uma aplicação de freio iniciada pela locomotiva comandante.

Figura 2.50

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Posição Comandante - 24

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83

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.2.6

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula seletora F-1

A válvula seletora F-1 se torna imprescindível em comando múltiplo com outras locomotivas dotadas de equipamentos de freio diferentes.

Figura 2.51

Válvula seletora F-1

Pilotada pela válvula MU-2-A, prepara o equipamento de freio da locomotiva para comandar, trafegar “morta”, ou ser comandada por outros tipos de equipamentos de freio. Ela também desempenha a função de proteger o equipamento de freio de uma locomotiva comandada, mediante a reposição automática do equipamento de freio para a posição de comandante, na eventualidade de uma separação (fracionamento) entre as locomotivas em tração múltipla. Havendo ruptura das mangueiras, a válvula seletora F-1 é acionada pela despressurização do

encanamento

de

equalização

dos reservatórios principais,

restabelecendo a

comunicação entre a válvula de controle e a válvula relé J-1, permitindo a aplicação do freio dessa locomotiva. A válvula seletora F-1 consiste de três partes, cada qual consistindo de uma válvulacarretel. Uma delas, a válvula de proteção, é controlada pela pressão de ar do encanamento equilibrante dos reservatórios principais e, na eventualidade de um funcionamento de um fracionamento, esta válvula-carretel é posicionada automaticamente para permitir as condições de frenagem de unidade comandante. As outras duas, que são as partes de transferência, são controladas pela pressão do ar de controle da unidade múltipla e pelo encanamento de intertravamento de unidade múltipla. A válvula seletora é montada em um suporte de encanamentos, no qual são feitas todas as conexões dos encanamentos, identificados como mostra o diagrama esquemático da Figura 2.52. UNIVIX / VALE

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

4 – Encanamento de Controle

20 – Encanamento de Alívio e Aplicação Independente

12 – Encanamento de Emergência

30 – Encanamento dos Cilindros de Freio

14 – Encanamento Equilibrante dos Cilindros de Freio

53 – Encanamento de Controle de Unidades Múltiplas

15 – Encanamento Equilibrante do Reservatório Principal (Encanamento de Proteção)

63 – Encanamento de Intertravamento de Unidades Múltiplas

16 – Encanamento de Aplicação (Válvula-relé)

Figura 2.52

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Diagrama esquemático da válvula seletora F-1

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

2.2.3.2.6.1 Funcionamento válvula seletora F-1 Posição Comandante ou Morta Quando uma locomotiva equipada com sistema 26-L está comandando uma locomotiva com equipamento 6-SL ou 26-L, a pressão doar nos orifícios (53 e 63) da válvula seletora F-1 e descarregada na válvula MU-2-A. O ar da válvula de controle, saindo do orifício (16) da válvula de controle 26-F, passa para o orifício (4) da válvula seletora, passando ao orifício (16) e daí para a válvula-relé para criar pressão nos cilindros de freio da locomotiva comandante. O ar dos cilindros de freio da locomotiva comandante, vindo do orifício (30) da válvularelé, é levado ao orifício (30) da válvula seletora, passando pela válvula-carretel ao orifício (14) para o encanamento equilibrante dos cilindros de freio para controlar os freios da locomotiva comandada.

Figura 2.53

Posição Comandante ou Morta

Posição Comandante – 6 ou 26 Quando uma locomotiva com equipamento 26-L é comandada por uma locomotiva com equipamento 6-SL ou 26-L. Pressão do ar do reservatório principal passa pelos orifícios (53 e 63) da válvula MU-2A para posicionar as válvulas de carretel da válvula seletora, conforme mostra o diagrama. Nesta posição, o ar vindo do encanamento equilibrante dos cilindros de freio é comunicado ao orifício (16) da válvula-relé, para criar pressão nos cilindros de freio. O ar do encanamento equilibrante dos cilindros de freio é levado ao orifício (20) e ao encanamento de alívio e aplicação independente, que se encontra fechado na válvula MU2A. Assim, os freios são aplicados na unidade comandada, da mesma forma que na unidade comandante.

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Figura 2.54

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Posição Comandante - 6 ou 26

Posição Comandada - 24 Quando uma locomotiva com equipamento 26-L é comandada por uma locomotiva com equipamento 24-RL, a pressão do ar do reservatório principal é levada à conexão (63) da válvula MU-2A para posicionar a válvula-carretel da válvula seletora F-1. Nesta posição, o ar que flui da conexão (16) da válvula de controle 26-F passa para a conexão (4) da válvula seletora F-1, onde é levado à conexão (16) e à válvula-relé da locomotiva para criar pressão nos cilindros de freio. A pressão do ar, também entre na conexão (14) da válvula seletora, vinda do encanamento equilibrante dos cilindros de freio e flui através da válvula-carretel para a conexão (20). Estão pressão de ar atua, também, na válvula-relé da locomotiva. Os freios da locomotiva comandada são atuados, ou por uma aplicação de freio, ou por uma aplicação de freio independente, iniciada na locomotiva comandante, equipada com sistema 24-RL.

Figura 2.55

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Posição Comandada - 24

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Posição de fracionamento (separação entre locomotivas) Se ocorrer uma separação entre locomotivas e for perdida pressão no encanamento equilibrante dos reservatórios principais, o ar será descarregado do orifício (15) da válvula seletora F-1 e da câmara inferior da válvula-carretel de proteção. A válvula-carretel é, então, forçada para a sua posição inferior pela tensão da mola. Em uma locomotiva comandante, a descarga do ar do cilindro de freio para o encanamento equilibrante (conexão (14)) é interrompida pela válvula-carretel de proteção. Em uma locomotiva comandada, quando a válvula seletora F-1 estiver na posição Comandada – 6 ou 26, a válvula-carretel descarregará o ar da câmara inferior da válvulacarretel direita, a qual será forçada para a sua posição inferior, como no caso da posição Comandante para voltar a conectar os orifícios (4 e 16). A conexão é interrompida na válvula-carretel de proteção, orifício (14) para o orifício (16) e orifício (20). Se a válvula seletora F-1 for colocada na posição Comandada - 24, a conexão do orifício (14) para o orifício (20) é interrompida pela válvula-carretel de proteção. Em cada caso, a pressão do ar de controle gerada pela válvula de controle 26-F é transferida para o encanamento de controle da válvula-relé, como no caso de uma locomotiva comandante.

Figura 2.56

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Posição de fracionamento

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.3 

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Controles de segurança do trem

Controle de excesso de velocidade do trem

O controle do excesso de velocidade é feito pela válvula magnética FA-4.

Figura 2.57

Válvula Magnética FA-4 (VMV)

A válvula magnética FA-4 fica normalmente energizada. Sempre que for excedido o limite de velocidade máxima autorizada do trem, a válvula magnética FA-4 é desenergizada para descarregar a pressão da câmara da mola da válvula de aplicação de freio P-2A, que produz uma aplicação de Serviço Total.  Controle de segurança do trem 1) Válvula de pedal O controle de segurança do trem é exercido por uma válvula de pedal (Pedal do Homem Morto). O maquinista deve comprovar a sua vigilância mantendo pressionado continuamente, ou periodicamente, dependendo do equipamento instalado na locomotiva, um pedal da válvula, localizado no piso, próximo ao posto de comando, salvo quando houver uma pressão nos cilindros de freio de aproximadamente 30 psi.

Figura 2.58

Válvula de pedal

Sempre que for retirada a pressão do pé sobre o pedestal, a válvula de pedal opera para também descarregar a pressão da câmara de mola da válvula de aplicação de freio P2-A. UNIVIX / VALE

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89

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Ao ser descarregada a pressão do ar é dissipada através de um sistema de bujões de orifício e apitos, estes últimos fornecendo um aviso audível durante um período de tempo regulado, antes que a pressão seja reduzida o suficiente para provocar a operação da válvula de aplicação de freio. 2) Alertor (Sistema de Controle de Vigilância) O Alertor proporciona uma operação segura na operação do trem, através do monitoramento dos vários movimentos do operador, para comprovar a vigilância. Se nenhuma movimentação esperada for detectada dentro de um tempo pré-estabelecido, é iniciado um alarme audiovisual solicitando o reconhecimento. Se isso não for feito durante o tempo pré-estabelecido, o sistema iniciará uma aplicação de penalidade dos freios, desenergizar a válvula magnética do Alertor. Isto causará uma aplicação dos freios em ritmo de aplicação de serviço, causando a parada do trem. Os movimentos que se espera do operador para comprovar a vigilância são:  Comprimir a botoeira de reconhecimento do Alertor;  Acionar a buzina ou o sino;  Movimentar o manípulo de aceleração ou o manípulo de reversão. 3) ATC (Automatic Train Control) O controle do ATC é composto de duas válvulas sobrepostas:  Uma válvula promove a descarga da câmara “A” da válvula P-2A,  A outra válvula promove a descarga do reservatório equilibrante durante as aplicações de penalidades.

Figura 2.59

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Válvulas de controle do ATC

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.3.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Válvula de aplicação de freio P2-A

A válvula de aplicação de freio P2-A controla uma aplicação total de serviço quando iniciada pelos controles de segurança (Homem Morto ou Alertor, Sobre Velocidade e ATC).

Figura 2.60

Válvula de aplicação P2-A

Se o maquinista deixar de comprovar que está vigilante, ou em caso de atuação do sistema de proteção contra excesso de velocidade da locomotiva, a válvula de aplicação de freio P2-A, primeiro dá um aviso sonoro através de um apito, se mesmo assim o maquinista não corrigir a falha que causou o aviso, a válvula de aplicação P2-A provoca o seguinte:  Interrompe o abastecimento do encanamento de carregamento do reservatório equilibrante, isolando o manipulador de freio automático;  Começa a descarregar o ar do reservatório equilibrante para a atmosfera, causando uma Aplicação de Penalidade, equivalente em ritmo e pressão a uma Aplicação de Serviço Total;  Corta a Tração através de um sinal de ar comprimido na Chave de Corte de Tração – PCS (Power Cut-off Switch).  Mantém os freios bloqueados na posição de Aplicação. Os freios somente serão aliviados se o punho do manipulador de freio automático for movimentado para a posição de Supressão e deixado nessa posição por algum tempo e logo após retornar para a posição de Alívio ou Marcha. O punho na posição de Supressão anula o controle de segurança, mas provoca uma aplicação total dos freios.

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Esta válvula proporciona ainda as seguintes funções:  Supressão da aplicação iniciada pelo controle de vigilância (homem morto).  Intertravamento de segurança durante a aplicação por penalidade que impede o recarregamento do reservatório equilibrante de qualquer fonte ate que a válvula de aplicação seja reposicionada e o punho do manipulador automático tenha voltado à posição de Alívio (tendo antes sido colocado em uma das seguintes posições: Supressão, Punho Fora ou Emergência).  Permite uma sobre redução, quando desejado, durante uma aplicação por penalidade. Observação Nas locomotivas comandadas, o punho do manipulador de freio automático fica na posição de Punho Fora, deixando o sistema em Supressão permanente, isto é, o sistema fica anulado nessas locomotivas. Se a pressão no cilindro de freio da locomotiva estiver entre 25 e 30 psi o sistema também estará em supressão. É montada no suporte dos encanamentos, no qual são feitas as conexões dos encanamentos, identificados como mostra o diagrama esquemático da Figura 2.61.

3 – Válvula Pedal

24 – Reservatório Limitador de Redução

5 – Reservatório Equilibrante

25 – Corte de Tração

8 – Encanamento de Travamento

26 – Encanamento de Supressão

10 – Encanamento do Controle de Segurança

30 – Encanamento do Reservatório Principal

15 – Carregamento do Reservatório Equilibrante (Manipulador)

33 – Encanamento Comutador

Figura 2.61

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Diagrama da válvula de aplicação de freio P2-A

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

A válvula de aplicação de freio P2-A consiste de:  Válvula de aplicação, constituída de uma válvula-carretel controlada por diafragma.  Válvula de retenção de sobre redução.  Válvula de controle de alívio.  Válvula de supressão.

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

2.2.3.3.1.1 Funcionamento da válvula de aplicação de freio P2-A Estando o equipamento da locomotiva carregado e operando normalmente, o ar do reservatório principal entra no orifício (30) do suporte, passa para o lado inferior do diafragma e atravessa o orifício (10a) para a câmara da mola na parte superior do diafragma, fluindo também, para o orifício (10), volume do reservatório de tempo e válvula magnética de controle de sobre velocidade, que está em sua posição fechada (energizada). O ar do reservatório principal vindo do orifício (10), passa pela extremidade inferior da válvula de supressão para o orifício (3) e para a válvula pedal, que é mantida fechada sobre o pedal. Estando a câmara carregada com a pressão do reservatório principal, em ambos os lados do diafragma, a mola do diafragma posicionará o diafragma e a válvula-carretel a ele fixada na sua posição normal ou de alívio. Nesta posição, a válvula-carretel estabelece as seguintes conexões:  O reservatório limitador de redução (se usado) é esgotado para a atmosfera via orifício (24) e a chave de corte de potência (PCS) é descarregada via orifício (25).  O orifício (5) do reservatório equilibrante é ligado à válvula de controle de alívio para permitir o carregamento do reservatório equilibrante e a válvula-relé do manipulador, pelo orifício (15) de carregamento do reservatório equilibrante. Estando o manipulador de freio automático na posição alívio, o orifício (33) e a câmara superior da válvula de controle de alívio são carregados com ar à pressão do reservatório principal. As câmaras que ficam por baixo da válvula de controle de alívio e da válvula-carretel de aplicação são descarregadas através do orifício (8) pela válvula de supressão do manipulador. A válvula de controle de alívio é mantida em sua posição inferior para ligar o orifício (5) ao orifício (15). Durante

uma

aplicação

de

freio

de

penalidade,

que

pode

ser

iniciada

pelo

descarregamento do encanamento (3), através da válvula pedal ou descarregamento do encanamento (10), através da válvula magnética de sobre velocidade, a pressão do ar é descarregada da câmara da mola, do diafragma, mais rapidamente do que pode ser restabelecida através do orifício (10a). Consequentemente, cria-se um diferencial de pressão no diafragma, suficiente para que a válvula-carretel assuma a posição de Aplicação. UNIVIX / VALE

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Figura 2.62

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Posição de aplicação

Nesta posição, a válvula-carretel estabelece as seguintes conexões:  O ar do reservatório principal no orifício (30) e na câmara inferior do diafragma é levado ao orifício (25) e chave de corte de potência (PCS) e chave de corte de freio dinâmico (DBI - Dynamic Brake Interlock), que interrompe o circuito de freio dinâmico, caso este esteja em funcionamento.  O ar do reservatório principal, que normalmente passa através do orifício (10a), é levado ao orifício (8). Portanto, a câmara da mola do diafragma, assim como o volume do reservatório de tempo, que é ligado ao orifício (10), fica ligada ao orifício (8). O orifício (8) é ligado ao encanamento de travamento (8) do manipulador. Este encanamento é normalmente descarregado no manipulador pela válvulacarretel da válvula de supressão, quando o punho do manipulador automático está na posição Alívio.  O carregamento do reservatório equilibrante (orifício (15)) é interrompido.  O ar do reservatório equilibrante, no orifício (5), é ligado através da válvula-carretel ao orifício (24a), através de um orifício calibrado e, através do orifício (24) para o reservatório limitador de redução (se usado) ou para a atmosfera. O ar do reservatório equilibrante flui em ritmo controlado para o reservatório limitador de redução (ou para a atmosfera) de modo a produzir uma redução de Serviço Total na pressão do reservatório equilibrante.

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Uma aplicação de freio pelo controle de segurança pode ser suprimida movendo-se o punho do manipulador automático para a posição Supressão antes do término do período de retardamento de tempo predeterminado, enquanto durar o apito de aviso. Estando o punho do manipulador na posição de Supressão, a válvula-carretel da válvula de supressão do manipulador é posicionada para fechar o descarregamento do encanamento de travamento (8) e, assim, impedir o descarregamento do ar da câmara da mola, através deste cano. O ar do reservatório principal, fornecido pela válvula de supressão, passa pelo orifício (26) e encanamento de ligação para a válvula de aplicação de freio P-2-A, fluindo através do orifício (26), para a face do pistão da válvula de supressão, forçando o pistão a descer e fazendo a válvula-carretel interromper a conexão entre os orifícios (3 e 10). A câmara da mola, do diafragma é isolada do orifício (3) e da válvula pedal. O ar do reservatório principal flui continuadamente através do orifício (10a) e seu bujão para a câmara da mola, do diafragma, mantendo o diafragma e a válvula-carretel na posição Alívio.

Figura 2.63

Posição de alívio

Em outras palavras, o controle de segurança não provoca o funcionamento da válvula de aplicação sempre que o punho do manipulador automático estiver na posição de Supressão. Em algumas versões do equipamento 26-L, uma aplicação de freio de sobre velocidade somente pode ser suprimida reduzindo-se a velocidade da locomotiva a um valor abaixo do limite máximo autorizado, antes do termino do período de tempo predeterminado, após o inicio do apito de aviso. Tal ação evita a descarga do encanamento (10), através do dispositivo de descarga de sobre velocidade (válvula magnética). UNIVIX / VALE

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Para restabelecer e aliviar uma aplicação de freio causada pelo controle de sobre velocidade, ou pelo controle de segurança, o maquinista deve primeiramente mover o punho do manipulador automático para a posição de Supressão. Isto causa o fechamento do encanamento (8) que é descarregado no manipulador. A câmara da mola da válvula de aplicação de freio será, então, recarregada através do orifício (10a) até a pressão do reservatório principal. Logo que a pressão desta câmara atingir um valor determinado, o conjunto do diafragma e sua válvula-carretel voltam à posição normal ou de Alívio. Estando o punho do manipulador na posição Supressão, o orifício (33) e a câmara que fica acima da válvula de controle de alívio, são descarregados através do manipulador. Estando fechada a descarga do encanamento (8), o ar do reservatório principal que está fluindo para o orifício (10) passa a fluir através da válvula-carretel da válvula de aplicação para a câmara inferior da válvula de controle de alívio. A válvula de controle de alívio é atuada para interromper o carregamento do orifício (5 para 15). Depois que a válvula de aplicação é restabelecida, é necessário mover o punho do manipulador automático para a posição Alívio, par restabelecer a válvula de controle de alívio e só assim é possível restabelecer o recarregamento do reservatório equilibrante e aliviar os freios. Se o maquinista quiser, poderá fazer uma sobre redução, depois de uma aplicação de freio de penalidade. A válvula de sobre redução, existente na válvula de aplicação de freio P2-A, será aberta para permitir que o ar do reservatório equilibrante passe do orifício (5) para o orifício (15) e para o manipulador.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.4 O

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dispositivo de proteção contra fracionamento de trem – quebra de trem

dispositivo

de

proteção

contra

a

separação

entre

veículos

da

composição

(fracionamento de trem) utiliza uma válvula interruptora de carregamento A-1.

Figura 2.64

Válvula interruptora de carregamento A-1

Sempre que ocorrer uma aplicação de emergência originada pelo manipulador automático ou por fracionamento do trem, a válvula interruptora de carregamento A-1 realiza as seguintes funções:  Interrompe o carregamento do encanamento geral, acelerando a aplicação de Emergência, poupando o compressor e economizando ar do reservatório principal;  Opera a chave de corte de tração e do freio dinâmico, reduzindo a rotação do Motor Diesel para a condição de Marcha Lenta (Idlle);  Faz funcionar automaticamente os areeiros durante 30 a 40 segundos. É montada em um suporte de encanamentos, no qual são feitas todas as conexões dos encanamentos, identificados como mostra o diagrama esquemático da Figura 2.65.

1 – Encanamento geral

30 - Reservatório principal

9 – Areeiro automático

35 – Corte de tração e anulação do freio dinâmico

11 - Volume

53 – Encanamento interruptor do encanamento geral

12 – Encanamento de emergência (reestabelecimento)

Figura 2.65

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Diagrama da válvula piloto interruptora de carregamento A-1

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.4.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Funcionamento da válvula interruptora de carregamento A-1

Durante a operação normal, a válvula interruptora de carregamento A-1 permanece na posição normal de alívio e o ar do reservatório principal fica presente na câmara (A) por baixo do pistão interruptor, de modo a mantê-lo em sua posição superior, como mostrado na Figura 2.66.

Figura 2.66

Locomotiva comandante ou comandada - alívio normal

A câmara (B), que fica por baixo da válvula-carretel do pistão interruptor, está ligada à exaustão, através do orifício (53) e à exaustão da válvula interruptora do manipulador 26C nas unidades comandantes. Nas unidades comandadas, onde a válvula interruptora do manipulador está em sua posição Fechado (OUT), esta câmara é carregada com ar do reservatório principal. A câmara (C) que fica acima do pistão interruptor e orifício 9 é ligada à exaustão através da válvula-carretel do pistão atuante e do orifício de tempo do areeiro automático geral. O ar do encanamento geral passa pelo orifício (1) para a câmara (D), na parte traseira do pistão atuante, e segue através do orifício, existente no pistão, para a câmara (E) na face externa do pistão e através do orifício (11) para carregar o reservatório de volume de 90 pol3 e para ambos os lados do pistão atuante, à mesma pressão do encanamento geral. Este pistão é mantido em sua posição inferior pela mola, conforme mostrado.

Figura 2.67

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Locomotiva comandante - emergência por fracionamento

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

O orifício (35) que é vedado no suporte dos encanamentos é descarregado através do pistão interruptor. Se ocorrer uma separação entre veículos do trem, a pressão do ar do encanamento geral cairá mais depressa na câmara (D) do que na câmara (E), via bujão de orifício. O resultante diferencial de pressão no pistão atuante fará com que o mesmo e sua válvula-carretel sejam deslocados para cima, contra a tensão da mola, como mostrado na Figura 2.67. Nesta posição, o ar do reservatório principal flui através da válvula-carretel do pistão atuante para a câmara (C) da face externa do pistão interruptor e para o orifício (9). Estando normalmente esgotada a câmara (B), que fica em baixo da válvula-carretel do pistão interruptor, o ar do reservatório principal na câmara (C), na face externa do pistão interruptor, fará com que o pistão, com válvula-carretel, vá para sua posição inferior onde a câmara (A), por baixo do pistão interruptor, é descarregada. Nesta posição, o ar do reservatório principal flui através da válvula-carretel do pistão interruptor para o orifício (35) e, passando à válvula de retenção interruptora que se encontra aberta, passa para o orifício (53) e para a válvula interruptora do encanamento geral, existente no manipulador 26-C. A pressão do ar do reservatório de volume de 90 pol 3 ligado ao orifício (11), e da câmara (E), que fica na parte inferior da câmara atuante, continuará a cair até zero, através do bujão de orifício do pistão e através do orifício (1) escapando pelo encanamento geral. Quando esta pressão tiver caído para um valor predeterminado, a tensão da mola deslocará o pistão atuante e sua válvula-carretel para a posição inferior, conforme mostra a Figura 2.68.

Figura 2.68

Posição do pistão atuante depois que o reservatório de volume tiver sido descarregado

A pressão do ar na chave de corte de tração será, em seguida, descarregada através do orifício de tempo do areeiro automático, através do orifício (9) e da válvula-carretel do pistão atuante. UNIVIX / VALE

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100

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Da mesma forma, a pressão do ar é descarregada da câmara (C) na face externa do pistão interruptor. Para restabelecer o sistema, o maquinista deve mover o manipulador de freio automático para a posição Emergência. O ar do reservatório principal é levado ao orifício (12), saindo do manipulador, e passa pela válvula de retenção seletora, para a câmara (B) e a parte inferior do pistão interruptor, obrigando o pistão interruptor com sua válvula-carretel assumir a posição normal de alivio. O ar do encanamento (53), fluindo do orifício (12), não pode ser descarregado através da válvula piloto interruptora do manipulador. O punho do manipulador deve ser movido, para a posição Alívio, para que a pressão do ar do encanamento (53) possa ser descarregada e os freios aliviados. Em uma unidade comandada, o ar do reservatório principal presente no orifício (53) através da válvula piloto interruptora do manipulador, que se encontra na posição OUT e a câmara (B), sob a válvula-carretel do pistão interruptor, é carregada á pressão do reservatório principal. Estando ambas as câmaras (A e B) carregadas à pressão do reservatório principal, a presença dessa pressão na câmara (C), fornecida através da válvula-carretel do pistão atuante, fica impedida de mover o pistão interruptor para dentro, conforme descrito no caso de fracionamento em uma unidade comandante em uma unidade comandante. A chave PC é atuada pelo ar do reservatório principal, fornecido ao orifício (9). Durante uma aplicação intencional do freio de emergência em uma unidade comandante, a câmara (B) sob a válvula-carretel do pistão interruptor é carregada à pressão do reservatório principal, via orifício (12) e encanamento (12), pelo manipulador automático. Desta maneira, estando todas as câmaras (A, B e C) carregadas com pressão do reservatório principal, a válvula-carretel e o pistão interruptor permanecem em sua posição superior mostrada na Figura 2.69.

Figura 2.69

Locomotiva comandante - emergência intencional e Locomotiva comandada qualquer emergência

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101

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

A chave PC é atuada pelo ar do reservatório principal que flui pelo orifício (9). Quando for desejado aliviar os freios, o punho do manipulador deve ser movido para a posição Alívio. Haverá

um

retardamento

determinado

pelo

tempo

necessário

para

esgotar

o

encanamento (53), através da válvula piloto interruptora, do manipulador, antes que seja aberta a válvula interruptora do encanamento geral, para permitir o recarregamento do sistema e o alívio dos freios.

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102

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dispositivo de intertravamento do freio dinâmico

O dispositivo de intertravamento do freio dinâmico funciona durante a frenagem dinâmica para aliviar ou evitar uma aplicação do freio automático de serviço da locomotiva. Consiste de uma válvula magnética FB-4 (OSV), instalada no encanamento do reservatório principal para o orifício (13) do encanamento atuante para a válvula de controle 26-F, constituída por duas válvulas de retenção opostas, uma bobina e uma armadura. Sua bobina fica ligada ao circuito elétrico do freio dinâmico. Quando do início da frenagem dinâmica, o circuito de frenagem dinâmica energiza a bobina da válvula magnética. A armadura da bobina abre a válvula para permitir que o ar do reservatório principal flua para a parte de alívio rápido da válvula de controle 26-F, via encanamento atuante. Isto provoca o alívio do freio automático ou impede a aplicação do freio automático da locomotiva enquanto estiver atuando o freio dinâmico. Durante uma aplicação de freio dinâmico, o manipulador do freio independente pode ser operado pelo maquinista. O sistema inclui um pressostato de ação pneumática para desenergizar a válvula magnética de freio durante as aplicações de emergência, controle de segurança e controle de sobre velocidade, de modo a anular o freio dinâmico.

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103

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.6

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Equipamento de controle de patinação de rodas

O equipamento de controle de patinação de rodas funciona automaticamente em resposta à operação de um sistema detector de perda de aderência ou, então, pode ser operado manualmente sempre que desejado. Ele consiste de uma válvula magnética e uma válvula limitadora ajustável, que fornece pressão do ar do encanamento de controle à válvula-relé J-1. Em seguida, é gerada uma pressão predeterminada nos cilindros de freio, com uma rapidez suficiente para a finalidade de fazer a roda que patinou retornar à velocidade normal. É empregada uma válvula-relé no sistema, para limitar a aplicação de freio de correção de patinação de rodas apenas à locomotiva onde ocorreu a patinação. As

aplicações

de

freio

automático

e

independente

permanecem

disponíveis

independentemente da aplicação do freio de patinação, que são de baixa pressão. Isto é conseguido pelo uso de uma válvula de retenção dupla, instalada no encanamento de controle para a válvula-relé, a fim de isolar as funções do freio normal das funções do freio de controle de patinação. Uma torneira de 3/8”, provida de respiro lateral, é instalada na alimentação do reservatório principal para a válvula magnética, proporcionado um meio de interromper a operação pneumática do equipamento de controle de patinação.

Figura 2.70

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Torneira interruptora de 3/8”

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104

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.6.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Funcionamento do equipamento de controle de patinação de rodas

Uma operação intencional ou automática do equipamento de controle de patinação energizará as bobinas das válvulas magnéticas, permitindo que o ar do reservatório principal flua para as válvulas limitadoras de pressão ao encanamento de controle da válvula-relé. O ar entregue pela válvula limitadora ajustável flui também para a conexão (10) da válvula-relé H5, para evitar pressão nos cilindros de freio das outras locomotivas, através do encanamento equilibrante dos cilindros de freio. A válvula limitadora ajustável é o dispositivo que recebe ar do reservatório principal, através da válvula magnética, e transmite um nível baixo de pressão predeterminado ao encanamento de controle da válvula-relé J-1.

Figura 2.71

Válvula limitadora ajustável

Ela é essencialmente uma válvula redutora (do tipo de alívio) consistindo de uma válvula alimentadora do tipo esférico, normalmente mantida aberta por um diafragma pressionado por mola, cuja força é transmitida através de uma válvula de exaustão do tipo de pino-impulsão. A válvula de exaustão estabelece normalmente um contato de vedação na válvula alimentadora. Ela funciona para descarregar uma sobrecarga da pressão do ar que por ela passa e para a caixa de mola, que fica permanentemente ligada à atmosfera. Durante uma operação de controle de patinação, o ar do reservatório principal entra na conexão lateral marcada IN, passa para a câmara (A), passa pela válvula alimentadora desassentada para a câmara (C) e sai pela descarga para o encanamento de controle da válvula-relé. UNIVIX / VALE

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105

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Na medida em que a pressão do ar aumenta na câmara (C), ela cresce igualmente na câmara (B) a um ritmo predeterminado, através de um orifício calibrado, adequado ao volume da câmara (B), a fim de controlar a taxa de aumento de pressão no encanamento de controle da válvula-relé. Logo que a pressão do ar sob o diafragma equilibra a pressão da mola, o diafragma é deslocado para cima, permitindo à mola da válvula alimentadora assentar a válvula alimentadora para cessar a descarga do ar do reservatório principal pela válvula magnética para a válvula-relé. O contato de assentamento é mantido entre a válvula alimentadora e a válvula de exaustão. Caso as forças da pressão do ar nas câmaras (B e C) excedam a carga da mola do diafragma, o conjunto do diafragma e a válvula de exaustão serão movidos para cima, tirando a válvula de exaustão do assentamento juntamente com a válvula alimentadora. O excesso de pressão é então descarregado pela válvula de exaustão. Depois que o diafragma ficar equilibrado, a válvula de exaustão será novamente movida para assentar a válvula alimentadora. Quando a pressão do ar é descarregada da câmara (A), da válvula limitadora ajustável, no caso da desenergização da bobina da válvula magnética no final de uma aplicação de controle de patinação, a pressão mais alta na câmara (C) atuando sobre a válvula alimentadora, no anel que fica entre a válvula de exaustão e a sede da válvula alimentadora, fará esta última válvula se afastar do seu assento, contra a tensão da mola da válvula alimentadora. A pressão do ar no encanamento de controle da válvula-relé e na câmara (C) pode, então, ser descarregada através da câmara (A) e da exaustão da válvula magnética. A pressão da câmara (B) sob o diafragma também descarregará, equilibrando com a câmara (B) através do orifício que fica sob o diafragma.

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106

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.3.7

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dispositivo de locomotiva morta

O dispositivo de locomotiva morta permite que uma locomotiva seja rebocada inativa, isto é, seja rebocada morta no meio de uma composição, fazendo com que seu sistema de freios opere como o de um vagão. Estando apenas o encanamento geral ligado, a única forma da locomotiva Morta receber ar comprimido é através do encanamento geral. Este dispositivo normalmente é composto de:  Torneira de isolamento.  Válvula de retenção.

Figura 2.72

Dispositivo de locomotiva morta

Antes de abrir a torneira de isolamento do dispositivo é necessário certificar-se de que o reservatório principal esteja sem pressão. Como válvula de retenção, é comum o uso da válvula C-1-40-8, que é composta de:  Válvula de retenção simples de 3/8” com filtro.  Mola de restrição regulada para manter o diferencial de pressão entre 40 a 45 psi;  Orifício de controle do fluxo de ar com 1/8” de diâmetro.

Figura 2.73

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Válvula C-1-40-8

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107

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Sendo o encanamento geral carregado com 90 psi, a válvula deixa passar a pressão do encanamento geral menos a pressão da mola, isto é, o reservatório principal nº 2 da locomotiva é carregado com uma pressão de 90 – 40 = 50 psi, que é a pressão normalmente usada no cilindro de freio de um vagão numa aplicação de serviço, e menor do que numa aplicação de emergência (60 psi) Isso serve para proteger as rodas das locomotivas, evitando arrastamento e problemas térmicos com as rodas. Todavia, o uso de sapatas fenólicas e de pressões maiores no encanamento geral da locomotiva Morta, tem colocado esta válvula em fase de obsolescência. A tendência moderna é para o uso de uma válvula redutora de pressão, que é normalmente calibrada com 12 a 20 psi. A prática determina que uma locomotiva Morta deva trafegar junto das locomotivas Vivas e ter todos os seus encanamentos de ar interligados, e condicionar o seu sistema de freios como se fosse o de uma locomotiva comandada. Esta prática é altamente recomendável por várias razões:  O operador mantém a locomotiva Morta em constante observação.  Os freios automático e independente são controlados pela locomotiva comandante, atuando em conjunto com ela;  Sempre que o freio dinâmico for operado, o freio desta locomotiva também é aliviado, evitando o arrastamento de rodas;  Como a taxa de retardamento de uma locomotiva pode ser aproximadamente 03 vezes maior que a dos vagões, o maquinista tem meios de evitar que suas rodas sejam sobrecarregadas pelo freio;  Reservatório Principal nº 1 é abastecido pelo encanamento equilibrante do reservatório principal, aumentando a capacidade do conjunto.

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108

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Aplicação

O atuador final do sistema de freio pneumático da locomotiva, que funcionalmente realiza a frenagem dos rodeiros e reduz sua velocidade, é um dispositivo mecânico constituído dos seguintes componentes:  Cilindro de freios;  Conjunto de alavancas, denominado de timoneria;  Contra sapatas;  Sapatas;  Ajustador de folga.

Alavanca Contra sapata Sapata Cilindro de freio Figura 2.74

Ajustador de folga

Atuador final do sistema de freio pneumático da locomotiva

Esses componentes são todos montados diretamente na estrutura do truque da locomotiva. Cilindro de freio

Alavanca Sapata Contra sapata Ajustador de folga Figura 2.75

Montagem do atuador final do sistema de freio no truque

Em funcionamento com os demais componentes do truque contribuem para a segurança e desempenho da locomotiva. UNIVIX / VALE

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109

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.4.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Cilindro de Freio

O cilindro de freio é o componente responsável por produzir uma força mecânica na timoneria de freio, que faz com que as sapatas de freio sejam aplicadas na superfície das rodas, em resposta a um comando de pressão oriundo do reservatório auxiliar através da válvula de controle.

Figura 2.76

Cilindro de freio

É composto por um cilindro de metal fundido com um pistão conectado a uma haste de acionamento ligada as alavancas da timoneria de freio.

Figura 2.77

Componentes do cilindro de freio

A haste de acionamento se movimenta dentro de uma haste oca que facilita sua inserção.

Tampa

Haste de acionamento

Pistão

Haste oca Carcaça

Mola de alívio Figura 2.78

Diagrama esquemático de um cilindro de freio

Quando ocorre a aplicação de freio, há um aumento da pressão interna no cilindro que empurra o pistão e faz avançar a haste de acionamento, produzindo uma força mecânica na timoneria de freio. UNIVIX / VALE

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110

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Quanto maior a pressão interna, maior será o esforço de frenagem. Quando os freios são aliviados, o ar comprimido interno ao cilindro é direcionado para a atmosfera e a mola de retorno move o pistão de volta, liberando as sapatas de freio. O curso do pistão do cilindro de freio deve propiciar folga entre as sapatas de freio e as rodas quando os freios estiverem aliviados e manter a pressão de regulagem das sapatas contra as rodas quando os freios estiverem aplicados. Os cursos dos cilindros de freio são calculados. Deve-se usar, no máximo, ¾ do seu valor de deslocamento máximo. Os tipos de cilindros de freio utilizados em locomotivas estão especificados na Tabela 2.7. Tabela 2.7 Tipos de cilindro de freio de locomotivas

Cilindro de freio

Identificação do cilindro de freio

Curso do pistão

Área [cm2]

Carregado

Vazio

506,4

8”

6 ¾” a 7 ½”

324,5

4”

4”

10” x 12” 10” de diâmetro 12” de curso máximo do pistão

8” x 8” 8” de diâmetro 8” de curso máximo do pistão

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111

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.4.1.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Criação de pressão no cilindro de freio da locomotiva

Existem várias fórmulas para se calcular a pressão do ar comprimido no cilindro de freio da lcomotiva mas, para facilidade de compreeensão, vamos utilizar a fórmula prática utilizada pelas ferrovias norte-americans, que é a seguinte:

 Redução de pressão no encanamento geral Desse modo, uma redução de 10 psi no encanamento geral representa 25 psi no cilindro de freio. Uma redução de 20 psi representa 50 psi e assim por diante. A válvula de controle é preparada de forma a estabelecer entre 62 a 65 psi de pressão máxima nos cilindros de freio da locomotiva em aplicação máxima de serviço. Quando se utiliza o manipulador de freio independente a válvula-relé se incumbe de repetir nos cilindros de freio das locomotivas a pressão enviada até ela pelo manipulador independente. A pressão máxima no cilindro de freio é regulada, no próprio manipulador independente, para aproximadamente 45 a 50 psi.

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112

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.4.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Ajustador de folga

O ajustador de folga do freio é um dispositivo que pode ser montado entre as alavancas da timoneria de freio, ou como tirante de freio, que tem por finalidade básica manter constante o curso do cilindro de freio, independente dos desgastes normais causados pelo atrito durante o processo de frenagem dos veículos ferroviários, que provocam um aumento do distanciamento entre as sapatas e as rodas. Ao encolherem os ajustadores de folga mantém o curso do cilindro e puxam as alavancas da timoneria de ambos os lados do sistema. O ajustador de folga se apresenta em duas formas:  Ajustador manual O ajustador manual de folga do freio é um dispositivo constituído de barras com rosca, ou furações equidistantes, ajustadas manualmente.

Ajustador manual de folga

Figura 2.79

Ajustador manual de folga

 Ajustador automático O ajustador automático de folga do freio possui um sistema de catraca que atua de forma automática sempre que o freio é aplicado.

Ajustador automático de folga

Figura 2.80

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Ajustador de automático de folga

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113

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.4.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Sapatas de freio

A sapata de freio é o componente do sistema de freio que transmite diretamente a força de frenagem para as rodas, produzindo o retardamento ou parada das locomotivas e vagões. As principais características de uma boa sapata de freio são:  Coeficiente de atrito adequado sob as várias condições de trabalho, tais como velocidade, temperatura e umidade;  Durabilidade;  Não causar agressão excessiva às rodas;  Não produzir ruídos excessivos;  Não gerar odores ofensivos;  Não conter compostos nocivos à saúde. Há dois tipos de sapatas de freio:  Ferro fundido

Contra sapata

Sapata

Figura 2.81

Sapata de ferro fundido

Entre as desvantagens das sapatas de freio de ferro fundido estão incluídos o faiscamento e o desgaste desigual das rodas.  De composição não metálica As sapatas de composição não metálica, são assim chamadas por apresentarem em sua composição uma matriz polimérica composta de borrachas e resinas com cargas inertes, modificadores de atrito e fibras. UNIVIX / VALE

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114

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Contra sapata

Sapata

Figura 2.82

Sapata de composição não metálica

As sapatas de composição foram desenvolvidas em 1997 como uma alternativa econômica para substituir as sapatas de ferro fundido. Mas, devido a sua maior capacidade de frenagem, não são diretamente intercambiáveis com as sapatas de ferro fundido. Observação A Circular C-9736 adiciona ao AAR Field Manual Rule 12 estabelece que: A aplicação de sapatas de freio de ferro fundido fica proibida a partir de 01/01/05. Os componentes de uma sapata de composição estão mostrados na Figura 2.83. Caixilho Patim Trava Material de atrito

Material de atrito  Parte não metálica que atua sobre a superfície de rolamento da roda, e pode ser fornecida com coeficiente de atrito: baixo, médio e alto. Patim

 Reforço metálico sobre o qual é assentado o material de atrito.

Caixilho

 Parte da sapata na qual atua a chaveta de fixação da sapata na contra sapata

Trava

 Parte saliente do patim que serve como batente para encaixe na contra sapata

Figura 2.83

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Componentes da sapata de freio de composição não metálica

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115

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Atualmente são as mais utilizadas por oferecerem várias vantagens, como, por exemplo:  Alto coeficiente de atrito, exigindo menor esforço de frenagem; As sapatas de composição com alto coeficiente de atrito necessitam uma força de frenagem duas vezes menor que as sapatas de ferro fundido, para retardar ou parar as locomotivas e os vagões.  Menor esforço requerido no sentido axial;  Curva atrito-velocidade paralela à curva de aderência, diminuindo os riscos de deslizamento;  Insensível às condições atmosféricas: frio, calor, água;  Supressão da poeira metálica; A causa de inúmeros defeitos dos rotativos elétricos e dos equipamentos de controle da locomotiva pode ser a poeira metálica, que devido à aspiração de ar de ventilação e ao campo magnético é atraída para o interior deles.  Menor resistência à tração – menor ruído; As sapatas de composição dão à superfície das rodas fino polimento, que reduz sensivelmente o ruído e a resistência de rolamento, aumenta a aderência ao trilho e reduz consideravelmente o esforço de tração.  Melhor ajuste à curvatura da roda; Devido ao melhor ajuste à curvatura da roda faz com que as sapatas de composição desgastem as rodas de maneira tal que a conicidade da superfície de rolamento e o formato do friso sejam preservados durante quase toda a vida da roda, ficando assim reduzida uma das maiores causas de rejeição de rodas nas ferrovias – frisos finos – causa responsável por cerca de 50% das rejeições de rodas.  Maior vida útil; Os fatos acima resultam em menor custo de manutenção e de operação devido a:  Menor consumo de sapatas;  Menos mão de obra e paralisação de veículos para substituição de sapatas e ajustamento da timoneria;

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116

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

 Menos consumo de rodas e de mão de obra e paralisação de veículos para retorneamento e substituição, fatos estes de essencial importância nas locomotivas elétricas, diesel-elétricas e nos carros elétricos onde a substituição de rodas exige a desmontagem dos motores, rolamentos, etc.;  Timoneria mais econômica e menos sujeita a avarias devido aos menores esforços envolvidos;  Menos avarias nos motores elétricos de tração e equipamentos de controle;  Economia de tração e melhor aproveitamento das locomotivas.

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117

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.2.4.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Freio manual da locomotiva

A Air Brake Association (ABA) define o freio manual da locomotiva como um dispositivo instalado na

locomotiva

que

possibilita a

aplicação

dos freios da

locomotiva

manualmente. Na realidade, o freio manual é um freio de estacionamento, isto é, deve ser aplicado somente quando a locomotiva ficar estacionada (parada) por tempo determinado. É um dispositivo mecânico individual composto de um volante ou alavanca, e catraca, que aciona uma corrente ligada a haste de apenas um dos cilindros de freio, que opera duas sapatas de freio de um mesmo truque da locomotiva.

Figura 2.84

Freio manual da locomotiva

Durante a aplicação do freio manual, o movimento da corrente aciona um dispositivo que aplica os freios. Um mecanismo de desengate com contrapeso libera a tensão no freio.

Figura 2.85

Corrente diretamente ligada a haste do cilindro de freio

Proporciona uma força igual ou maior que o freio de serviço a ar.

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118

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Equipamentos dos vagões

A Figura 2.1 mostra a configuração do Equipamento de Freio 26-L num vagão, dando destaque a alguns de seus principais componentes.

1-

Encanamento geral

2-

Torneira angular

3-

Mangueira de freio

4-

Válvula de controle

5-

Reservatório combinado

6-

Cilindro de freio

7-

Ajustador de folga

8-

Sapata de freio

9-

Timoneria de freio

10- Volante do freio manual

11- Tê de ramal

12- Coletor de pó

13- Excêntrico

14- Retentor

15- Timoneria da caixa

16- Triângulo de freio

17- Alavanca morta

18- Alavanca viva

19- Barra de compressão

Figura 2.86

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Localização dos componentes de freio a ar no vagão

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

O sistema de freio dos vagões é composto das seguintes unidades:  Distribuição  Controle  Aplicação Controle

Reservatório combinado

Válvula de controle

Retentor de controle de alívio

Coletor de pó com torneira interruptora

Distribuição

Válvula de descarga

Torneira angular

Torneira angular Tê de ramal

Mangueira

Mangueira

Dispositivo vazio / carregado

Aplicação

Figura 2.87

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Reservatório equilibrante

Cilindro de freio

Sistema de freio dos vagões

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Distribuição

A distribuição do ar comprimido nos vagões é realizado pelo encanamento geral. Normalmente o encanamento geral é feito de tubo extra pesado (Schedule 80) especificação ASTM-A-53 grau A, raios mínimos segundo folha E-7 da AAR. É pintado externamente e fosfatizado internamente para evitar a oxidação. Não deve possuir conexões soldadas, e para isso todas as ligações e conexões devem possuir juntas do tipo WABCOSEAL, que utilizam o princípio de flange, sendo este fixado ao dispositivo por parafusos e vedado contra vazamento por um anel de borracha.

Figura 2.88

Ligações e conexões WABCOSEAL

O encanamento geral possui uma derivação, denominada de Tê de Ramal, usada para ligar o cano-ramal da válvula de controle ao encanamento geral, a fim de alimentar a válvula de controle.

Figura 2.89

Tê de ramal

O interior do Tê de Ramal é construído de tal forma que a passagem que leva ao canoramal sai da parte superior do encanamento geral obrigando o ar deste encanamento a subir quando passa ao cano-ramal, enquanto que a umidade e as partículas de pó mais pesadas continuam pelo encanamento geral. UNIVIX / VALE

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122

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.1.1

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Torneiras extremas

 Torneira angular Em cada uma das extremidades do encanamento geral dos vagões, é instalada uma torneira angular, que permite abrir ou fechar fluxo de ar quando do acoplamento com outros veículos, locomotivas e vagões.

Figura 2.90

Torneira angular de punho auto travante

Tabela 2.8 Condição da torneira angular Condição da torneira angular

Posição do manípulo

Aberta

Alinhado com a tubulação

Fechada

Forma um ângulo reto com a tubulação

Para movimentar o punho é necessário levantá-lo primeiro, por este ser auto travante, ficando assim, assegurada a impossibilidade da torneira abrir ou fechar acidentalmente.  Torneira reta As torneiras retas são instaladas uma em cada extremidade dos vagões de carga tipo GDT, que possuem descarregamento em Car-Dumper e operam com mangueira de 34”. Podem ser fornecidas com punho auto travante ou punho removível.

Punho auto travante

Punho removível

Figura 2.91

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Torneira reta

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Observação 

A torneira do encanamento geral não deve ser aberta e fechada com o intuito de verificar a pressão do ar ou na tentativa de realizar maior aperto nos freios na composição.



Se a torneira do encanamento geral for aberta não se deve fechá-la enquanto estiver ocorrendo o fluxo de ar para a atmosfera, pois isso pode ocasionar um alívio indesejado dos freios da composição.



Esta torneira só deve ser aberta ou fechada com a devida autorização do maquinista que estiver na condução do trem.

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124

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.1.2

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Mangueiras de freio

As mangueiras de freio são elementos flexíveis que garantem a continuidade do encanamento geral quando do acoplamento com outros veículos, locomotivas e vagões. As mangueiras de freio são compostas por:  Niple;  Elemento de mangueira (tubo de borracha vulcanizada com camadas internas de reforço);  Bocal com junta (FP-5);  Duas braçadeiras metálicas com parafuso e porca.

Elemento

Braçadeira

Niple

Bocal

Braçadeira Figura 2.92

Mangueira de freio

Tabela 2.9 Tipos de mangueiras de freio de vagões Aplicação

Mangueira

Ligação entre vagões de minério geminados - GDE

1 3/8” x 68”

Encanamento do cilindro de freio entre vagões de minério geminados - GDE

11/8” x 64”

Vagões de carga geral

1 3/8” x 22”

Vagões de carga geral tipo HAD com torneiras retas

1 3/8” x 34”

Vagões de minério GDE

1 3/8” x 30”

Vagões de minério GDE – encanamento geral – Coletor de pó

MP 101 1 3/8” x 23”

Vagões de minério GDE – encanamento geral – Coletor de pó

MP 102 1 3/8” x 26”

Vagões de minério GDE – encanamento geral – Coletor de pó

MP 103 1 3/8” x 30”

Carros de passageiros

1 3/8” x 19”

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125

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.1.3

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Válvula de descarga

As válvulas de controle de locomotivas não possuem uma parte de emergência, responsável pela chamada ação rápida nas aplicações de Emergência. Para a função de ação rápida usa-se a válvula de descarga nº 8.

Figura 2.93

Válvula de descarga nº 8

Sua função é proporcionar uma descarga rápida local da pressão do encanamento geral para a atmosfera, a fim de garantir uma condição de propagação de aplicação de Emergência dos freios, principalmente naquelas originadas num trem longo, quando são usadas várias locomotivas operando em tração múltipla, pois a capacidade total dos compressores é tal que muitas vezes uma ruptura de mangueira de um vagão de cauda do trem pode não ser sentida pela locomotiva, o que impossibilita a aplicação de Emergência. Quando a válvula de descarga nº 8 opera, a queda brusca de pressão provoca o funcionamento das outras válvulas de descarga dos outros vagões, assim como das válvulas de controle de toda a composição. Está normalmente localizada sob a plataforma da locomotiva, em derivação do encanamento geral.

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126

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Controle

Quando o maquinista inicia uma aplicação, ou seja, utiliza o manipulador automático da locomotiva para redução da pressão do encanamento geral, uma válvula de controle sente a menor pressão do encanamento geral com relação à pressão do reservatório de ar e aplica os freios do vagão, enviando ar comprimido do reservatório de ar para o cilindro de freio. No momento que o maquinista posiciona o manipulador na posição de alívio, elevando a pressão do encanamento geral, a válvula de controle assume nova posição liberando o ar do cilindro de freio para a atmosfera. No início as válvulas de controle eram constituídas de diafragmas e anéis de borracha tipo K. Logo os diafragmas de borracha foram substituídos por pistões metálicos com anéis de vedação por questões de manutenção dos equipamentos. Além disso, a manutenção em locais de difícil acesso e com poucos recursos fez com que se buscasse a robustez e simplicidade na manutenção. Normalmente existe uma válvula para cada vagão, exceto nos casos de sistema dual (vagões GDT), onde uma única válvula comanda os freios de uma dupla de vagões. Os tipos de válvulas de controle e sua evolução estão mostrados na Tabela 2.10.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Tabela 2.10 Tipo de válvula

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Tipos de válvulas de controle

Válvula de controle

K

Apresentação

AAR Testes

Norma

1906

1908

1917

1930

1931

1936

1962

1964

1967

1974

1975

1977

1989

1989

1995

AB

ABS

ABD

ABD-1

ABSD

ABDW

ABDX

ABDXL

ABSDX

Legenda comum

válvula AB

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válvula ABD

válvula ABDW

válvula ABDX

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válvula ABDXL

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.2.1.1

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Válvula de controle AB

Introduzida no mercado em 1933, a válvula de controle AB é encontrada em menos de 10% da frota de vagões de carga. A válvula de controle AB introduziu o recurso de serviço rápido, que permite que a pressão no encanamento de freio alivie localmente em cada vagão durante a aplicação inicial de serviço. Como resultado, os freios são aplicados uniformemente e levemente em todo o trem.

Figura 2.94

Válvula de controle AB

As válvulas AB apresentam as seguintes características:  Funções Executa as seguintes funções básicas:  Carregamento;  Aplicação;  Alívio;  Emergência.  Tecnologia A válvula AB utiliza a tecnologia da válvula de gaveta, que proporciona:  Controle preciso;  Auto limpante;  Tempo de serviço longo.

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 Serviço rápido inicial  3 minutos para aplicação do freio no último vagão de uma composição de 150 vagões;  6 psi de redução do encanamento geral resultam em 10 psi de pressão mínima no cilindro de freio.  Alívio direto  Longos tempos para alívio - 60s para transmitir ao último vagão de uma composição de 150 vagões;  Resulta em restrição de operação.  Vazamento pelos anéis de segmento  Não tem ajuste;  Freios agarrados;  Requer manutenção especializada.  Componentes básicos Suporte dos encanamentos

Parte emergência

Parte seviço

Figura 2.95

Componentes da válvula de controle AB

A válvula de controle AB é composta por três componentes básicos: a) Suporte dos encanamentos O suporte dos encanamentos tem as seguintes funções:  Anexar ao vagão e conectar vários encanamentos para os componentes;  Filtrar o fornecimento de ar usando seu filtro interno; UNIVIX / VALE

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 Conectar a parte de serviço e a parte de emergência. b) Porção de serviço A porção de serviço inclui:  Pistão de serviço;  Slide;  Válvula de graduação. Executa as seguintes funções:  Permitir o carregamento dos reservatórios de emergência e auxiliar;  Executar todos os serviços de frenagem. c) Porção de emergência Similar à parte de serviço, a porção de emergência também inclui:  Pistão de serviço;  Slide;  Válvula de graduação. Quando a porção de emergência detecta que o ar do encanamento de freio é reduzido, mais que a taxa de serviço, ele move para aliviar o ar do encanamento de freio diretamente para a atmosfera e direciona a pressão do ar do reservatório de emergência para o cilindro de freio. Observação Uma aplicação do freio de emergência é um resultado de uma rápida queda na pressão no encanamento de freio. A aplicação do freio de emergência aplicará os freios rapidamente e uniformemente em todo o trem.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.2.1.2

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Válvula de controle ABD

Dadas às crescentes necessidades das ferrovias, as válvulas de controle ABD foram desenvolvidas em 1963/64, para desempenhar todas as funções da válvula de controle AB padrão em nível maior de flexibilidade e confiabilidade, aliadas a um menor custo de manutenção.

Figura 2.96

Válvula de controle ABD

As principais características das válvulas de controle ABD são:  Pistões de serviço e emergência operados por diafragma com as seguintes vantagens:  Eliminação do vazamento e atrito provocados por anéis;  Resposta pronta e positiva a pequenos diferenciais de pressão;  Diferenciais operacionais mantidos constantes pela eliminação do atrito e vazamentos variáveis;  Pistões montados verticalmente sendo, desta forma, menos suscetíveis às vibrações provenientes da operação dos vagões.  Serviço rápido O recurso de serviço rápido permite:  4 a 6 psi de ar no encanamento de freio para aliviar para a atmosfera em cada vagão;  Alívio rápido somente quando a válvula de controle move de Alívio para Serviço (o serviço rápido não permite alívio local após a redução inicial ser realizada ou

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

quando a válvula de controle se move da posição de Recobrimento para a posição de Serviço durante novas reduções);  Inclui uma válvula que limita a pressão do cilindro de freio para 10 a 12 psi.  Válvula de alívio acelerado A válvula de alívio acelerado ajuda a recarregar o encanamento de freio a partir do reservatório de emergência em cada vagão e transmite rapidamente o alívio através do trem, o que produz as seguintes vantagens:  Elimina freios agarrados;  É disparado pelo alívio de 10 psi ou uma redução maior no encanamento de freios;  Transmite rapidamente o alívio dos freios serialmente ao longo do trem, o que reduz o tempo de alívio do trem em 50%;  Reduz as forças no trem e permite um alívio a baixas velocidades em trens longos, devido ao alívio mais rápido dos freios;  Acelera o recarregamento dos vagões adjacentes;  Válvula de alívio manual Um só punho controla o alívio dos cilindros de freio, mantendo os reservatórios carregados ou, se desejado, proporciona a descarga de um ou ambos, juntamente com a pressão do cilindro de freio.  Carregamento uniforme Uma das principais características das válvulas de controle ABD é o carregamento uniforme. Por carregamento uniforme entende-se o carregamento (ou recarregamento) retardado dos equipamentos de freio dos vagões mais próximos da locomotiva e mais rápido dos vagões da cauda do trem.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.2.1.3

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Válvula de controle ABDW

Introduzida em 1974, a válvula de controle ABDW mantém as principais características das Válvulas de Controle ABD: serviço rápido e serviço de alívio acelerado.

Figura 2.97

Válvula de controle ABDW

A principal função introduzida nessa válvula foi o recurso da aplicação acelerada de serviço. Apesar de ser uma função relacionada às aplicações dos freios de serviço dos vagões, a válvula de aplicação acelerada de serviço foi incorporada na porção de emergência da válvula de controle. O recurso de aplicação de serviço acelerada:  Permite uma quantidade de ar adicional no encanamento de freio para aliviar cada vagão durante cada aplicação de freio de serviço;  Resulta em aplicações de serviço mais rápidas;  Reduz as forças no trem;  Encurta as distâncias de parada.

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134

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.2.1.4

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Válvula de controle DB-60

Apesar da válvula DB-60 ser mais moderna, possui as mesmas funções das válvulas da família AB.

Figura 2.98

Válvula de controle DB-60

Diferencia-se das válvulas da família AB por já possuir a função W no seu corpo.

Figura 2.99

Válvula de controle DB-60 instalada no vagão

Observação Utiliza o mesmo suporte de encanamento, podendo trafegar em vagões com válvulas da família AB.

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135

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.2.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Reservatório combinado

O reservatório combinado armazena o ar que vem através da válvula de controle em 2 (dois) compartimentos, que são destinados a função de:  Reservatório auxiliar

 sua pressão é usada em uma aplicação de serviço ou de emergência;

 Reservatório de emergência  sua pressão é usada em uma aplicação de emergência.

Reservatório auxiliar

Reservatório de emergência

Figura 2.100

Reservatório combinado

Nos vagões das ferrovias brasileiras são utilizados dois tipos de reservatórios combinados, conforme mostrado na Tabela 2.11. Tabela 2.11 Tipo de reservatório combinado 1 2

Reservatórios combinados utilizados nas ferrovias brasileiras

Tipo de vagão

Cilindros de freio

Vagões singelos

10” x 12”

Vagões duais

8” x8”

Vagões duais

10” x12”

Volume dos reservatórios Auxiliar / Emergência [litro]

Reservatório de emergência 57 ou 96 litros

Figura 2.101

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41 / 57 62 / 96

Reservatório auxiliar 41 ou 62 litros

Volume dos reservatórios combinados

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136

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Todos os reservatórios são dotados de flanges ou conexões roscadas, para ligar o ar que neles é armazenado, pintados internamente e testados hidrostaticamente com 220 psi. Este reservatório é carregado através da válvula de controle até atingir pressão igual ao encanamento geral, liberando ar comprimido para o cilindro de freio no momento da aplicação de freio do vagão.

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137

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.2.2.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Coletor de pó combinado com torneira de isolamento

Instalado entre o encanamento geral e a entrada de ar para a válvula de controle, este dispositivo é uma combinação de 2 (dois) elementos:  Coletor de pó centrífugo É do tipo padrão, com válvula de retenção e câmara de pó removível. Realiza uma pré-filtragem a fim de evitar que o pó e/ou partículas de sujeira depositada no encanamento geral passem para a válvula de controle, que poderiam prejudicar o bom funcionamento do equipamento.  Torneira interruptora Abre ou fecha a comunicação entre a válvula de controle e o encanamento geral. Permite o isolamento da válvula de controle, caso seja necessário isolar um vagão com mau funcionamento no sistema de freio.

Figura 2.102

Coletor de pó combinado com torneira de isolamento

Tabela 2.12

Condição da torneira de isolamento

Condição da torneira de isolamento

Posição do manípulo

Aberta

Forma um ângulo reto com a tubulação

Fechada

Em paralelo com a tubulação

O dispositivo é dotado de flanges para parafusos destinados a ambas as conexões. O flange na extremidade do coletor de pó é preso por parafusos diretamente ao suporte de encanamentos "AB", enquanto o flange na extremidade da torneira é destinado a uma conexão também do tipo de flange.

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138

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.2.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Retentor de controle de alívio

O retentor de controle de alívio é um dispositivo de operação manual, localizado no final “B” do vagão ou no lado próximo da válvula de controle de retenção.

Figura 2.103

Retentor de controle de alívio

Utilizado para controlar o tempo de descarga do ar dos cilindros de freio, é apropriado para operar em vagões rebocados em trens que trafegam em terreno muito acidentado, como descida de serra. Tem a função de proporcionar dois tipos de alívio dos freios:  Restrito Nos pontos onde as descidas de serra iniciam, os punhos dos retentores de controle de alívio de todos os veículos da composição devem ser movidos para a posição horizontal.

Figura 2.104

Punho na posição horizontal

A pressão do cilindro de freio cairá de 50 para 5 psi em 65 segundos, dando tempo suficiente para que os compressores da locomotiva restabeleçam a pressão de ar nos reservatórios dos veículos, como também o recarregamento do sistema, antes de uma nova aplicação.  Direto Na primeira parada após a descida de serra, os punhos dos retentores de controle de alívio devem ser movidos para a posição vertical. UNIVIX / VALE

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139

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Figura 2.105

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Punho na posição vertical

A pressão do cilindro de freio cairá de 50 psi para 5 psi em 25 segundos. Consequentemente, o alívio da pressão de ar nos cilindros de freio será muito mais rápido. Os retentores de controle de alívio atuais já dispõem de uma terceira posição, com o punho a 45º, que proporciona um alívio restrito em menor tempo, ou seja, de 50 para 5 psi em 45 segundos. Observação Quando se coloca o punho do retentor de controle de alívio de um veículo na posição de descida de serra, é necessário que se faça o mesmo em todos os veículos da composição. Numa mesma composição não podem trafegar veículos com o punho em posições diversas. Nas ferrovias do Brasil são utilizados dois tipos de retentores de controle de alívio:  De duas posições (direto / restrito)  De três posições (direto / restrito / super-restrito) Nas ferrovias americanas e nos países andinos os retentores de controle de alívio utilizados têm 3 (três) posições (direto / restrito / com retenção)

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140

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Aplicação

O cilindro de freio, instalado no estrado dos vagões, é o componente responsável pelo acionamento mecânico do sistema de freio, pois recebe o ar comprimido oriundo do reservatório auxiliar através da válvula de controle e, com o aumento da pressão interna, sua

haste

de

acionamento

avança

movimentando

a

timoneria

de

freio

e

consequentemente pressionando as sapatas de freio contra as rodas. Quanto maior a pressão maior será o esforço de frenagem. Quando os freios são aliviados, o ar comprimido interno é direcionado para a atmosfera e a mola interna promove o retorno da haste de acionamento, afastando a sapata de freio da roda. Tabela 2.13

Cilindro de freio

Tipos de cilindro de freio de vagões

Área [pol2 / cm2]

Significado

Curso Carregado

Vazio

8”

7 1/4”

203,2 mm

184,15 mm

5”

4 1/4”

127 mm

107,95 mm

6”

5”

152,4 mm

127 mm

10 x 12” 10” de diâmetro 12” de deslocamento

78,5 / 506,4

8” de diâmetro 8” de deslocamento

50,3 / 324,5

8 x 8”

Vazio

7.5/8” x 12” x 9”

Carregado

12” e 7 5/8” de diâmetro 9” de deslocamento 113,1 / 729,7

45,7 / 294,6

Os cursos dos Cilindros de Freio são calculados. Deve-se usar, no máximo, ¾ do seu valor total de deslocamento.

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141

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.3.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Timoneria de freio

O sistema de freio dos vagões de carga tem a força, gerada pela pressão dos cilindros de freio, transmitida às sapatas de freio através de um conjunto de tirantes e alavancas, chamado de timoneria de freio.

Figura 2.106

Timoneria de freio de vagões

As timonerias de freio usadas em vagões têm os cilindros de freio instalados no estrado dos mesmos, e dividem-se em duas partes:  Timoneria do corpo;  Timoneria do truque.

Cilindro de freio

Figura 2.107

Posição do cilindro de freio

Analisando separadamente a timoneria dos truques, vemos que nos vagões de bitola métrica da EFVM e FCA os truques possuem alavancas de força do tipo vertical, ou seja, alinhadas com o tirante que vem das alavancas da caixa.

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142

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Figura 2.108

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Alavancas de força do tipo vertical

Estas alavancas têm furação maior e menor, para que possam multiplicar os esforços até que estes cheguem aos triângulos e consequentemente às sapatas de freio. A timoneria pode incluir dois equipamentos adicionais:  Dispositivo vazio/carregado;  Ajustador de folga.

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143

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.3.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Equipamento vazio/carregado

Para um bom manejo do trem, é desejável que o sistema de freio seja capaz de produzir uma força de frenagem suficiente para parar o trem quando os vagões estiverem carregados, mas, ao mesmo tempo, não deve produzir uma força de frenagem, quando os vagões estiverem vazios, capaz de provocar o travamento das rodas, o que causa calos nas rodas. Para tanto, devemos considerar o limite superior das recomendações da AAR – S 401 ao projetar a Taxa de Frenagem para o vagão carregado, isto é: Vagão novo

 11% a 14%

Vagão usado  8,5% a 14% Taxas de frenagem muito altas para o vagão carregado podem fazer com que a Taxa de Frenagem para o vagão vazio exceda os limites propostos pela AAR, que é de 35% a 40% da prevista para o vagão carregado. Para evitar o travamento das rodas do vagão vazio, é necessário que o sistema de freio identifique se o vagão está vazio ou carregado, e então faça o ajuste do esforço de frenagem conforme a condição de carga do vagão, que é determinada pela medição da deflexão das molas do truque do vagão. O dispositivo utilizado para determinar a condição do vagão é o equipamento vazio/carregado, que, de uma forma geral, é usado quando:

O equipamento vazio/carregado pode ser acionado das seguintes formas: 1. Com dispositivo mecânico que muda o ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio. 

Condição de vagão vazio

A trava interna do comutador de freio não é liberada e o ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio é estabelecido na extremidade do comutador de freio, liberando o tirante de freio carregado, de modo que:

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Figura 2.109

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vagão vazio

 Condição de vagão carregado O ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio é estabelecido na extremidade do tirante de freio carregado, de modo que:

Figura 2.110

Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vagão carregado

Como podemos observar da Figura 2.109 e da Figura 2.110:

Logo,

O comutador de freio normalmente está localizado nas laterais do truque do vagão. UNIVIX / VALE

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Figura 2.111

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Localização do comutador de freio

O comutador de freio pode ser do tipo:  Manual

Figura 2.112

Comutador de freio manual

 Automático

Figura 2.113

Comutador de freio automático

2. Com equipamento ABEL (A B Empty/Loaded) dotado de cilindro de freio com pistão diferencial (7 5/8” x 12 x 9”) e uma válvula de mudança, manual ou automática. O cilindro de freio diferencial possui duas câmaras, que abastecem respectivamente a: Face maior do pistão  Diâmetro de 12” Face menor do pistão  Diâmetro de 7 5/8”.

Figura 2.114

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Cilindro de freio com pistão diferencial

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146

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

 Condição de vagão vazio Válvula de mudança permitirá que haja pressão em ambas as câmaras do pistão do cilindro de freio diferencial, resultando num esforço de frenagem menor.

Figura 2.115

Condição do cilindro de freio com pistão diferencial para vagão vazio

 Condição de vagão carregado A válvula de mudança permitirá passagem de ar apenas para a câmara da face maior do pistão, enquanto que a câmara da face menor fica em comunicação com a atmosfera, resultando num esforço maior de frenagem.

Figura 2.116

Condição do cilindro de freio com pistão diferencial para vagão carregado

Como válvula de mudança é utilizada a válvula AB-5, que é acionada manualmente.

Figura 2.117

Válvula de mudança manual AB-5

A mudança do regime de frenagem é efetuada no disco seletor, posicionando o punho operante nas posições da placa indicadora:

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VAZIO

 quando o vagão transportar menos de meia carga

CARGA

 quando o vagão tiver mais de meia carga

Figura 2.118

Punho da válvula AB-5

3. Mudança automática com a válvula VTA. A válvula de mudança VTA é utilizada para acionar o dispositivo vazio/carregado, que muda, de forma automática, o regime de frenagem.

Figura 2.119

Válvula de mudança automática VTA

A válvula VTA é instalada na travessa do truque.

Figura 2.120

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Instalação da válvula VTA

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 Condição de vagão vazio Quando o vagão está vazio, as molas do truque estão distendidas e o sensor da válvula VTA não toca no batente, o bloqueia a passagem do ar do encanamento geral para acionar o pistão de liberação do ferrolho. Reservatório auxiliar

Válvula de mudança VTA

Sensor

Passagem do ar do encanamento geral

Batente

Figura 2.121

Condição da válvula VTA para vagão vazio

 Condição de vagão carregado Quando o vagão é carregado, as molas do truque se comprimem e o sensor toca no batente, acionando a válvula VTA para a posição de carga. Com isso, libera a passagem do ar do encanamento geral para acionar o pistão de liberação do ferrolho, fazendo com que a força seja transmitida através do tirante/barra de carga. Reservatório auxiliar Válvula de mudança VTA

Sensor

Passagem do ar do encanamento geral

Batente

Figura 2.122

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condição da válvula VTA para condição vagão carregado

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

4. Com volume adicional que fica em comunicação com o cilindro de freio na posição vazio. Durante as aplicações de freio, na condição de Vagão Vazio, as válvulas de carga proporcionais direcionam a pressão do reservatório auxiliar para o cilindro de freio e para um reservatório adicional, com um pequeno volume.

Figura 2.123

Reservatório adicional

Pela Lei de Boyle Mariote, em virtude desse volume adicional, podemos afirmar que a pressão final no cilindro de freio será menor, o que reduz a possibilidade de travamento das rodas. Na condição de Vagão Carregado, a válvula, EL-60 ou a válvula EL-X, do dispositivo vazio/carregado

de

comutação

automática

interrompe

a

comunicação

entre

o

reservatório auxiliar e o reservatório adicional, de modo que a pressão do reservatório auxiliar flui apenas para o cilindro de freio, aumentando a pressão no seu interior.

Figura 2.124

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Válvula EL-60 e Válvula EL-X

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150

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

O dispositivo vazio/carregado é instalado na caixa do vagão, acima da lateral do truque.

Figura 2.125

Instalação da válvula EL-X no vagão

A válvula EL-60 ou a válvula EL-X, determina a condição de carga do vagão ao medir quanto movimento do braço sensor da válvula é necessário para que se encoste à travessa lateral do truque.

Figura 2.126

Figura 2.127

Vagão vazio

Vagão carregado

Uma relação estabelecida entre a posição do braço sensor e a válvula proporcional do dispositivo Vazio/Carregado resulta na proporção vazio/carregado (30%, 40%, 50% ou 60%).

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Se o vagão estiver carregado com 30% de seu carregamento ou mais, o movimento do braço sensor será restringido ao fazer contato com a travessa lateral do truque, posicionando assim a válvula para uma frenagem de vagão carregado. Se o vagão estiver carregado com menos que 30% de sua capacidade, e a pressão do cilindro de freio chegar a 15 psi, o braço sensor poderá se mover além do ponto de câmbio. Se o vagão estiver totalmente vazio, o braço sensor ficará com uma folga de 1/4” da travessa lateral do truque. A válvula de comutação automática possui um visor do lado oposto da alavanca sensora que nos permite visualizar a condição de Vazio quando o pino vermelho aparece no visor e Carga quando o pino não aparece no visor.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.3.3

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Ajustador automático de folga

Sua função é ajustar automaticamente as folgas na timoneria de freio decorrentes do desgaste das sapatas e rodas e, assim, manter o curso padrão do cilindro de freio.

Conforme o tipo de acionamento os ajustadores automáticos de folga são classificados em:  Pneumático Os ajustadores pneumáticos funcionam em um só sentido, só diminui a folga.

Figura 2.128

Ajustador pneumático

 Mecânico Os ajustadores mecânicos são caracterizados por duplo sentido, diminuem e aumentam a folga.

Figura 2.129

Tipos de ajustadores mecânicos

Como a ação do ajustador se realiza nos dois sentidos, quando as sapatas que estão gastas são substituídas por outras novas, o mecanismo automaticamente ajusta a timoneria para as novas condições. O ajustador restabelece em no máximo três aplicações o curso normal do pistão do cilindro de freio, após a troca de todas as oito sapatas de vagão.

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Figura 2.130

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Detalhes internos dos ajustadores mecânicos

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 2.3.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Freio manual dos Vagões

É um dispositivo mecânico, geralmente localizado em uma das testeiras ou na lateral do vagão, que fica ligado a timoneria de freio e tem a função de aplicar de forma mecânica o freio no vagão, sem o auxílio do sistema de freio automático. Há vários tipos de freio manual, porém os mais usados são os de volante com catraca.

Figura 2.131

Freio manual de volante com catraca

O freio manual dos vagões é acionado para:  Segurar os vagões contra movimentos indesejados;  Controlar e parar vagões em movimento quando eles não estão acoplados num trem ou parte de um movimento de manobra;  No caso em que a composição fique estacionada por mais de 6 (seis) horas com ou sem a locomotiva acoplada.  No caso de estacionamento da composição onde a locomotiva fique desacoplada. Observação Use o bloqueio para proteger os vagões com freio manual inoperante ou para impedir a circulação durante operações de manobra de curta duração.

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Dinâmica e Frenagem Ferroviária 3 Sistema de Freio a Ar Controlado por Computador José Luiz Borba / Mauro Antônio Bergantini

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 3.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Introdução

O Sistema de Freio a Ar Controlado por Computador de Segunda Geração (CCB II) é um sistema de controle de freio eletropneumático baseado em microprocessador, projetado para ser compatível com os equipamentos de freio automático 26-L e CCB de Primeira Geração (CCB I). Executa diversas funções de diagnóstico: 

Auto teste;



Calibragens;



Sinalização de Defeitos.

Na Figura 3.1 vemos o esquemático de configuração do sistema de freio a ar controlado eletronicamente do tipo CCB II.

Figura 3.1 Configuração do CCBII

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

O sistema CCB II é composto pelos seguintes módulos eletrônicos: 

IPM (Integrated Processor Module - Módulo de Processador Integrado);



EPCU (Electro Pneumatic Control Unit - Unidade de Controle Eletropneumática);



EBV (Electronic Brake Valve – Válvula de Freio Eletrônico);



RIM (Relay Interface Module);



ILC (Integrated Locomotive Computer - Computador Integrado da Locomotiva).

Os módulos formam uma eletrônica distribuída que é interligada através de uma rede operacional Lon Works da Echelon Corporation, de modo que toda lógica é controlada por computador.

EBV Envia a informação de aplicação ou de alívio do freio automático e/ ou independente

ILC

Envia informações sobre o status do freio automático e/ ou independente Envia e recebe informações sobre o status: da locomotiva (comandante/comandada), do homem morto, da chave seletora e UM-2A

IPM

Envia e recebe informações sobre o status: do freio automático e/ou independente, da locomotiva (comandante/ comandada)

Envia e recebe informações sobre o status: do freio automático e/ou independente, da locomotiva (comandante/comandada), do homem morto, da chave seletora e UM-2A e da tensão de 74 V de alimentação dos módulos

RIM Envia e recebe informações sobre o status: do freio automático e/ou independente, da locomotiva (comandante/ comandada)

EPCU Figura 3.2 Comunicação entre os módulos eletrônicos

Uma exceção é a inicialização de uma aplicação de freio de emergência que é propagada, mecanicamente, através de uma válvula de respiração, colocando-se o punho do Manipulador Automático na posição de Emergência. O sistema CCBII apresenta as seguintes características:

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

 Muitas das funções efetuadas através de válvulas pneumáticas A1, P-2A, MU-2A, Sobre-Velocidade, Chave Seletora e o Homem Morto, do sistema de freio 26L, são simuladas através do software do CCBII em conjunto com o IPM e o IFC. Não existe uma substituição ou equivalência direta entre a maioria das válvulas e ou funções pneumáticas existentes no sistema de freio 26L.  O uso de tecnologia modular LRU (unidade modularizada de linha substituível) permite o diagnóstico e um serviço rápido com um mínimo de ferramentas.  Existe a possibilidade de alteração da configuração existente, através de software, permitindo flexibilidade e facilidade de adaptação a futuras exigências de mercado.  Os módulos da EPCU (unidade de controle eletropneumática), o manipulador de freio (EBV), o módulo RIM (Relay Interface Module) e o computador (IPM) estão ligados entre si através de uma rede operacional (Lon Works), o que permite um monitoramento constante de todas as funções eletrônicas e pneumáticas. EBV

Fiação da locomotiva ILC Tubo 21

RIM

IPM

LON

LON EPCU LON Discrete I/O Encanamento Geral Encanamento de Equalização dos Cilindros de Freio Encanamento de Equalização dos Reservatórios Principais Encanamento dos Cilindros de Freio

Figura 3.3 Interface com o sistemas da locomotiva

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Em caso de avaria o computador decide qual a melhor alternativa para o backup sendo o operador informado através de uma mensagem enviada para o IFC (crew message).  Existe alternativa pneumática (backup) das principais funções de segurança.  O controle das funções de Principal/Rebocado e controle de acionamento e corte do encanamento de freio são realizados através da seleção de menu do ILC (Integrated Locomotive Computer - Computador Integrado na Locomotiva) localizado no console do operador.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 3.1.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Módulo de Processador Integrado - IPM

O computador principal do sistema CCB II é o Módulo de Processador Integrado (IPM).

Figura 3.4 O Módulo do Processador Integrado -IPM

De um modo geral, é montado no nariz da cabina da locomotiva e executa todas as interfaces com o computador da locomotiva (ILC). O IPM comunica-se com: 

O ILC através da linha de Controle de Link de Dados de Alto Nível (HDLC).



O EPCU e o EBV através da rede Lon Works.

Além de gerenciar e executar todas as tarefas de interfaces com o ILC e de transmitir os comandos de freio ao EPCU, o IPM comunica-se com o ILC para transmitir as mensagens: 

De Alerta;



À equipe;



De defeitos detectados por diagnóstico.

para exibição nas telas da locomotiva. Estas mensagens são fornecidas para auxiliar o operador na operação do sistema de freio. Não têm por objetivo ser instruções de manutenção. O IPM tem espaço para até oito entradas e oito saídas discretas. As saídas binárias direcionam os relés eletromecânicos para interface, e podem ser configuradas, como necessário, para suportar as opções no nível do sistema da locomotiva. O sistema CCB II pode ser fornecido como parte de um pacote integrado que combina a funcionalidade da tração distribuída com o freio pneumático eletrônico. UNIVIX / VALE

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Este é um produto da GE-Harris Railway Electronics, vendido sob o nome comercial LOCOTROL-EB. Quando fornecido, como parte do LOCOTROL-EB, o IPM contém software que fornece toda a funcionalidade da tração distribuída. A configuração do freio pneumático é feita através do Computador Integrado da Locomotiva (ILC). O conjunto de luzes de indicação na parte frontal do IPM, bem como a indicação propiciada por elas estão relacionadas na Tabela 3.1.

Figura 3.5 Luzes de indicação do IPM Tabela 3.1 Indicação propiciada pelo conjunto de luzes na frente do computador IPM Luz

Indicação Esta luz verde indica que o IPM está ligado.

POWER

Se o disjuntor do IPM estiver ligado e esta luz não estiver acesa, então existem fortes possibilidades de a fonte de alimentação do IPM estar avariada. Esta luz verde indica que o processador do IPM está ok, baseada na

CPU OK

informação interna fornecida pelo “WATCHDOG”. Esta luz indica também que o IPM passou o auto teste inicial o qual é efetuado de 15 em 15 minutos.

DP LEAD

DP REMOTE

DP TX A

DP TX B

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Esta luz verde indica que a locomotiva está em COMANDO, com o sistema de Potência Distribuída ativado. Esta luz verde indica que a locomotiva está a funcionar com o sistema de Potência Distribuída remotamente ativado. Esta luz amarela indica que a locomotiva está transmitindo mensagens de Potência Distribuída através do Rádio A. Esta luz amarela indica que a locomotiva está transmitindo mensagens de Potência Distribuída através do Rádio B.

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DP RX

DP COM INT

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Esta luz verde indica que a locomotiva está recebendo mensagens de Potência Distribuída via rádio. Esta luz vermelha indica que a locomotiva está com uma avaria no sistema de comunicação de rádio em P.D. Esta luz vermelha indica que o IPM está impossibilitado de comunicar com o

DATALINK FA

computador da locomotiva (ILC, IFC, ICE, etc.) via LSI através da porta RS-422 (HDLC) em P.D. ou EAB. Esta luz vermelha indica que existem dificuldades nas comunicações internas

NETWORK FA

nos sistemas LOCOTROL EB ou CCB II(entre o IPM, EPCU e EBV) através da rede LON. Esta luz vermelha indica que há uma avaria na válvula eletrônica de freio

EBV FAIL

(EBV), do sistema LOCOTROL EB/CCB II. Esta avaria específica pode ser eletrônica, pneumática ou ambas Esta luz vermelha indica que há uma avaria na Unidade de Controle Eletro

EPCU FAIL

pneumática (EPCU), do sistema LOCOTROL EB/CCB II. Esta avaria específica pode ser eletrônica, pneumática ou ambas. Esta luz amarela indica que o sistema LOCOTROL EB / CCB II ativou um dos modos de operação alternativos (backup) por forma a que o Freio Eletrônico

EAB BACKUP

continue as suas funções. Por exemplo, se o transdutor primário do reservatório principal (MRT) avariou e o sistema comutou para o transdutor secundário (MRT).

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 3.1.2

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Unidade de controle eletropneumático – EPCU

A Unidade de Controle Eletropneumático (EPCU) contém válvulas pneumáticas que controlam as linhas pneumáticas do trem da locomotiva. É constituído pelas unidades substituíveis de linha modularizadas (LRU’s):

 13CP



Peça de controle 13

 16CP



Peça de controle 16

 20CP



Peça de controle 20

 BCCP

 Peça de controle do encanamento de freio

 BPCP

 Peça de controle do cilindro de freio

 ERCP

 Peça de controle do reservatório de equalização

 DBTV

 Válvula tripla DB

 PSJB

 Caixa de junção da fonte de alimentação

 MR FILTER

Figura 3.6 Unidade de controle eletropneumático - EPCU

O EPCU contém filtros para o reservatório principal de ar, bem como para o ar do controle independente e controle das LRU’s. O fornecimento de ar ao relé do encanamento de freio está condicionado por um elemento de tela. Adicionalmente, o EPCU contém um Regulador de Motor Morto (DER), que permite ao reservatório principal carregar do encanamento de freio em uma locomotiva morta.

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As funções dos módulos que compõem a unidade de controle eletropneumático estão descritas na Tabela 3.2. Tabela 3.2 Funções dos módulos que compõem a unidade de controle eletropneumático Módulo 13CP 16CP 20CP

Função Simula a função de Alívio da Válvula 26-F. Fornece a pressão do encanamento de aplicação. Fornece a pressão de controle do cilindro do freio. Simula a função do Independente. Fornece a aplicação independente e a pressão do encanamento de alívio. Simulam em conjunto as funções das Válvulas H5, F1 e J 1.6 16.

16CP e 20CP

Estas funções são auxiliadas pelo software do freio instalado no IPM e em cada módulo. Simula a função da válvula-relé J1, mas também trabalha em conjunto com os

BCCP

módulos 16CP e 20CP. Contém o relé do encanamento de freio e fornece acionamento e corte do encanamento de freio, bem como a aplicação de emergência.

BPCP

Simula as funções de Emergência e Carregamento da Válvula 26-C. Abriga o relé do cilindro do freio. Simula a função de Aplicação de Serviço da válvula 26-F, mas a sua principal

DBTV

função é de BACKUP do Sistema de Freio CCBII. Fornece suporte pneumático na hipótese de falha eletrônica.

16CP, 13CP e DBTV 16CP, BCCP e DBTV

Auxiliam o Freio Dinâmico. Simulam em conjunto as funções da válvula 26-F. Simula as funções da válvula reguladora e da válvula de comunicação com o

ERCP

EG da válvula 26-C. Fornece pressão de controle encanamento de freio.

BPCP e ERCP PSJB

A válvula KR5 (instalada no BPCP) em conjunto com o ERCP são responsáveis pelo Recobrimento do sistema de freio da locomotiva. contém o fornecimento de energia

Cinco (5) destas LRU’s, 13CP, 16CP, 20CP, BCCP e ERCP, são "inteligentes" e se comunicam através da rede. A Unidade de Controle Eletropneumático (EPCU) é instalada no compartimento de controle do freio da locomotiva. UNIVIX / VALE

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Figura 3.7 Instalação da EPCU

Também faz parte da unidade de controle eletropneumático um reservatório equilibrante, que está instalado na parte traseira do painel.

Figura 3.8 Reservatório equilibrante

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 3.1.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Módulo de interligação dos relés – RIM

O Módulo de Interface dos Relés (RIM) é um compartimento padrão LSI onde estão fisicamente montados até sete relés eletromecânicos, que são direcionados pelo IPM, para comutar as linhas elétricas do trem.

Figura 3.9 Módulo de interligação dos relés - RIM

O RIM contém seis relés operacionais cujas funções estão especificadas na Tabela 3.3. Tabela 3.3 Funções dos relés operacionais do RIM Relé PCS

Função O relé Power Knockdown Switch liga/desliga o relé PCR no sistema de controle elétrico da locomotiva

ALR

O Alarm Relay ativa o sistema de alarme em caso de avaria no freio

ESR

O Emergency Sand Relay quando ligado activa o areeiro

IBR

A uma pressão de 13 psi nos cilindros, o Independent Brake Relay ativa o sinal de freio independente reduzindo a escala de aplicação do freio dinâmico

DBCO

Dynamic Brake Cut Out ativa/desativa o freio dinâmico

SPARE

Suplente (não usado)

De modo geral, está montado no nariz da cabina, próximo do IPM.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 3.1.4

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Válvula de freio eletrônico – EBV

A interface homem-máquina (Man Machine Interface - MMI) para o sistema de freio CCB II é a Válvula do Freio Eletrônico (Electronic Brake Valve – EBV) do tipo 26, que é montada no lugar da válvula de freio pneumático 26-C. A Válvula de Freio Eletrônico encontra-se disponível na versão:  Vertical ou lateral Adequada para instalação no pedestal de controle de tipo AAR.

Figura 3.10

Manipulador vertical ou lateral

A EBV vertical foi projetada para ser encaixada na mesma abertura como a válvula de freio pneumático 26C.  Horizontal ou frontal (Desktop)

Figura 3.11

Manipulador horizontal ou frontal

O EBV contém:  Os manipuladores para operação dos freios Automático e Independente O manipulador do freio automático têm as mesmas posições relativas a válvula 26-C (Alívio (REL), Aplicação Mínima (MIN), Aplicação de serviço (FS), Supressão (SUP), Punho Fora (HO/CS) e emergência (EMER)), cujas posições são definidas por encaixes. UNIVIX / VALE

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

O manipulador do freio independente é contínuo de RELEASE para FULL.  Um mecanismo para ativar o Alívio Rápido.  Uma válvula pneumática atuada a came propaga mecanicamente a inicialização de uma aplicação de freio de emergência, sob diversos modos de falha, como falha do computador e perda de alimentação da bateria, quando o manipulador é movimentado para a posição de EMERGENCY. A válvula pneumática abre a passagem 21 atuando assim a Válvula Tripla DM, montada no distribuidor, que fornece um controle de cilindro de freio pneumático.  Pode conter um LCD que exibe a pressão do Reservatório de Equalização. Este display iluminado dará ao operador a leitura instantânea da pressão-alvo do Reservatório de Equalização (ER), com base na posição do manipulador do freio automático e válvula de alimentação ou ajuste da pressão ER de alívio. A pressão ER exibida no ILC será a pressão real no Reservatório de Equalização, que diminuirá a taxa de serviço e, eventualmente, estabelecerá o valor alvo de ER. O display dá ao operador a indicação imediata da quantidade de redução do encanamento de freio solicitada, sem os atrasos inerentes ao display ILC.

Figura 3.12 Manipulador horizontal ou frontal com display

 Conexão com a rede LON distribuída e comunica-se em tempo real com os cinco (5) módulos eletrônicos inteligentes da Unidade de Controle Eletro Pneumáticos (EPCU).

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 3.1.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Módulo de interface com o operador ou display – OIM

O sistema de freio eletrônico possui uma interface homem-máquina onde as informações de pressão e de falhas do sistema são apresentadas. Essa interface em algumas frotas é o módulo OIM, e em outras é o próprio computador IFC (Integrated Function Computer - Computador de Funções Integradas) da locomotiva e por consequência os seus displays (IDU).

Computador IFC

Figura 3.13

Computador IFC e displays IDU

O dispositivo de Interface para o Sistema Locotrol-EB é um display gráfico com comandos executados por teclas.

Figura 3.14

Módulo de interface com o operador - OIM

Ele é dividido em duas telas planas monocromáticas na cor âmbar com iluminação fluorescente que mostram informações do Freio e do Locotrol. O sistema do Locotrol é controlado por dois grupos de teclas iluminadas tipo pushbottons no painel frontal do display, abaixo das telas de indicação. UNIVIX / VALE

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Teclas de up-down controlam a luminosidade das duas telas e uma chave de liga/desliga e posicionada na parte traseira do display. A versão CVRD do OIM recebe sinais de satélite tipo GPS (Sistema de Posicionamento Global) e mostra o posicionamento atual da locomotiva em coordenadas de latitude e longitude.

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dinâmica e Frenagem Ferroviária 4 Freio Eletro Pneumático de Vagões José Luiz Borba / Mauro Antônio Bergantini

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Conceitos básicos

Os atuais sistemas de freio funcionam através da transmissão de sinais pelo ar do encanamento geral. Esses sinais iniciam na parte frontal do trem e são transmitidos pelo encanamento até a parte traseira do mesmo. Por esse motivo haverá sempre um tempo gasto para que essa transmissão ocorra. Esse tempo é denominado taxa de propagação e ocasiona a frenagem dos vagões em diferentes instantes, por esse motivo, durante a aplicação dos freios, enquanto alguns vagões na parte frontal do trem estão freando outros continuam a empurrar a composição pela cauda. Já durante o alívio a parte da frente da composição irá puxar a parte traseira que continuará freada até que o sinal seja recebido pelo último vagão. Esses cenários costumam gerar choque e forças de tração e compressão nos engates, o que pode reduzir a vida útil dos mesmos além de consumir energia da composição. Originalmente desenhadas para utilização em metrôs e trens de passageiros a válvula de freio eletro pneumática pode ser hoje utilizada em trens de carga. Sua maior vantagem é o fácil controle de velocidade e rápida atuação dos freios em todos os vagões de uma composição, possibilitando ao operador um controle instantâneo de todo o trem. Outra grande vantagem é o alívio gradual do freio dos vagões, o que não é possível nas válvulas comuns.  Operação da válvula Existe um controle eletrônico disponível para o maquinista. Para alivio ou aplicação do freio basta um toque nos botões do painel até a aplicação desejada. A unidade de controle envia a informação a todos os vagões que recebem, interpretam e liberam ar do reservatório para o cilindro de freio até que a aplicação seja atingida. Os microprocessadores dos vagões monitoram continuamente a pressão nos cilindro de freio para garantir a aplicação mesmo com vazamentos mantendo a pressão necessária. Caso o operador queira aliviar a pressão do cilindro é possível que o alívio seja parcial, e caso queira aplicar novamente não é necessário aliviar por completo, como ocorre nas válvulas pneumáticas comuns. Caso o comando de freio não seja transmitido, o vagão da cauda enviará mensagens com o status de frenagem.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Todos os vagões da composição monitoram essas mensagens e se um deles obtiver falha na recepção por três tentativas o sistema considera que o trem está quebrado ou houve um problema na transmissão do sinal, e inicia automaticamente uma parada de emergência.  Fontes de energia Todos os vagões possuem baterias recarregáveis para prover a alta demanda de energia dos solenoides. Quando não estão em uso, as baterias são recarregadas através dos cabos de transmissão dos vagões. Para o caso de transmissão via rádio as baterias recarregam através de um gerador que gera energia através do movimento do vagão. O sistema de cabeamento usa em torno de 25% da capacidade do sinal para o comando de freio e status das mensagens. A Tração Distribuída pode usar entre 10-15%, restando 60-65% da capacidade do sinal para monitoramentos especiais como sensores de pressão, temperatura e etc..  Novos desenvolvimentos Futuros desenvolvimentos podem ser utilizados para que o sistema eletrônico seja também utilizado para diagnóstico do trem, podendo gerar e transmitir informações como posição dos vagões, “hot boxes”, temperatura, pressões, porta de vagões abertas entre outros.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Sistema de controle de freio EP-60

Sistema de Controle do Freio do Trem EP-60 fornece os seguintes recursos e funções:

 Operação constante do encanamento de freio;  Controle de freio simultâneo por todo o trem;  Aplicação e liberação graduada;  Controle de freio proporcional.

Figura 4.1 Sistema de Controle de Freio EP-60

Consiste dos seguintes equipamentos: 

Equipamentos das locomotivas;



Equipamentos dos vagões;



Dispositivo auxiliar da extremidade do trem.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.2.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Equipamento da locomotiva

O equipamento da locomotiva constitui uma integração do Sistema de Controle de Freio EP-60 com o Controlador de Freio Eletrônico CCB II, através da Unidade Head-End (HEU). Um diagrama de blocos da Unidade Head-End é apresentado na Figura 4.2.

Controlador de Comunicações da Linha do Trem TCC

Dispositivo de Identificação da Locomotiva IDM

Controlador de Alimentação da Linha do Trem TPC

FTT 24V

Unidade Head-End

24V 230V

Fonte de Alimentação da Linha do Trem TPS 74V

Unidade de Interface do Operador OIU FTT

24V

FTT

24V

Controlador de freio eletrônico CCBII

230V /PLC

Caixa de Junção da Linha do Trem

PLC 74V

Bateria da Locomotiva

Figura 4.2 Diagrama de blocos da Unidade Head-End - HEU

O hardware da Unidade Head-End hospeda o software que gerencia todo o Sistema de Controle de Freio EP-60, incluindo a integração com o Controlador de Freio Eletrônico CCB II, e consiste de:  Controlador de Comunicações da Linha do Trem - TCC O Controlador de Comunicações da Linha do Trem (TCC) fornece a interface entre a locomotiva principal e o resto do trem para:  Controlar as válvulas de controle  Verificar as condições de funcionamento do trem  Verificação constante dos dados do trem  Diagnóstico de falha do trem  Aplicar e monitorar do EOT  Gerenciar a rede do sistema de comunicações da Linha do Trem.

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O TCC contém um único Computador de Bordo (SBC) e um processador de controle do freio.

Figura 4.3 Controlador de Comunicações da Linha do Trem – TCC

 Controlador de Alimentação da Linha do Trem - TPC O Controlador de Comunicações da Linha do Trem (TCC) envia comandos para o Controlador de Alimentação da Linha do Trem (TPC), que controla a Fonte de Alimentação da Linha do Trem (TPS).  Fonte de Alimentação da Linha do Trem - TPS A Fonte de Alimentação da Linha do Trem (TPS) converte a voltagem da bateria da locomotiva em energia para a Linha do Trem de 230 VDC (2.500 Watts máximo) ao equipamento do vagão.

Figura 4.4 Fonte de Alimentação da Linha do Trem

Além disso, fornece 24 VDC (150 Watts máximo) à Linha do Trem para sequência do trem.  Unidade de Interface do Operador - OIU A Unidade de Interface do Operador (OIU) fornece a interface entre o Sistema de Freio EP60 e o operador do trem para configuração do trem, exibição dos comandos de freio, alarmes do sistema e exibição das informações operacionais.

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Figura 4.5 Unidade de Interface do Operador instalada numa locomotiva Dash-9

Inclui um display de comando de freio de três (3) dígitos, um display de condição do trem de 8 linhas x 40 caracteres, quatro (4) teclas de função, um indicador de condição de Alimentação na Linha do Trem, um indicador de condição End Off Train (EOT), um indicador de alarme audível/visual de defeito e um comutador de brilho.

Figura 4.6 Unidade de Interface do Operador – OIU

A OIU faz interface com o Controlador de Comunicações da Linha do Trem para alimentação e comunicações.  Módulo de Identificação da Locomotiva - IDM O Módulo de Identificação da Locomotiva (IDM) fica localizado no compartimento de freio pneumático da locomotiva, dentro da Caixa de Junção Central. Sua função é armazenar dados específicos da locomotiva que são fornecidos ao TCC durante o sequenciamento do trem.

Figura 4.7 Caixa de Junção Central

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 Cabo da Linha do trem A rede da Linha do Trem proporciona a comunicação através de um cabo formado por um único par de fios.

Figura 4.8 Cabo da Linha do Trem

O cabo da Linha do Trem é inicializado na Caixa de Junção Central e finalizado na Caixa de Junção do último vagão.

Figura 4.9 Interligação do Cabo da Linha do Trem entre vagões

 Caixa de Junção da Linha do Trem

Figura 4.10

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Caixa de Junção da Linha do Trem

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Na locomotiva, o Cabo da Linha do Trem se estende da Caixa de Junção Central até às extremidades da locomotiva, onde termina em uma Caixa de Junção da Linha do Trem.

Figura 4.11

Caixa de Junção da Linha do Trem

A Unidade Head-End é integrada ao Controlador de Freio Eletrônico CCB II, que consiste de:  Válvula de Freio Eletrônico - EBV A Válvula de Freio Eletrônico (EBV) é a interface homem-máquina para o sistema de freio CCB II.

Figura 4.12

Válvula de freio eletrônico - EBV

 Unidade de Controle Eletro Pneumático - EPCU

Figura 4.13

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Unidade de Controle Eletro Pneumático – EPCU

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A Unidade de Controle Eletro Pneumático (EPCU) contém as válvulas pneumáticas que controlam as linhas pneumáticas do trem na locomotiva.  Módulo do Processador Integrado - IPM O Módulo de Processador Integrado (IPM) é o computador principal do sistema CCB II.

Figura 4.14

Módulo do Processador Integrado – IPM

 Módulo de Interligação dos Relés – RIM O RIM é um compartimento padrão LSI que contém relés para comutar as linhas elétricas do trem.

Figura 4.15

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Módulo de interligação dos relés - RIM

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Os componentes do equipamento da locomotiva estão localizados conforme mostrado na Figura 4.16.

Unidade de Interface do Operador

Válvula de Freio Eletrônico

Fonte de Alimentação da Linha do Trem Caixa de Junção Central e Módulo de Identificação da Locomotiva Controlador de Comunicação da Linha do Trem Figura 4.16

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Caixa de Junção Cabo da Linha do Trem Localização dos componentes do equipamento da locomotiva

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.2.2

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Equipamento do vagão

Um esquemático do vagão EP-60 é apresentado na Figura 4.17.

Figura 4.17

Esquemático do vagão EP-60

Os componentes do equipamento do vagão são:  Válvula de Controle EP-60 A Válvula de Controle EP-60 foi aprovada pela AAR em 2004. Substitui a Parte de Serviço e pode ser montada diretamente no Suporte de Encanamento AB. Possui uma Parte Eletrônica compacta, que não possui placas de circuito impresso, e possui um mínimo de conectores eletrônicos.

Figura 4.18

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Válvula de controle EP-60

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

 Dispositivo de Controle do Vagão - CCD O Dispositivo de Controle de Vagão (CCD) é um pacote de controles integrados, eletrônicos e pneumáticos, o qual faz interface com os equipamentos de freio convencional e a Linha do Trem de comunicações e alimentação para fornecer controle eletro pneumático da pressão do cilindro do freio.

Módulo de controle

Módulo eletro

Válvula de alívio

eletrônico

pneumático

manual

Figura 4.19

Bateria

Dispositivo de Controle do Vagão – CCD e seus componentes

 Dispositivo de Identificação do Vagão – CID O Dispositivo de Identificação do Vagão (CID) fornece informações específicas sobre o vagão ao CCD, que incluem número do vagão, tipo do vagão, peso vazio/carregado e outros parâmetros pertinentes. É programada com estas informações no momento da instalação do equipamento.

Figura 4.20

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Dispositivo de Identificação do Vagão - CID

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

O Dispositivo de Identificação do Carro é incluído como parte da caixa de junção que também conecta o CCD ao cabo da Linha do Trem através de um conector elétrico.  Caixa de Junção do cabo da Linha do Trem e de vagão a vagão Os sinais de comunicação e alimentação transmitidos entre a Unidade Head-End (HEU) e os CCD’s são transmitidas por um cabo de dois condutores.

Figura 4.21

Caixa de Junção do cabo da Linha do Trem

O Cabo da Linha do Trem é instalado em todo o comprimento do vagão e termina em cada extremidade do vagão em uma Caixa de Junção. Os cabos inter vagões também são ligados a estas caixas de junção, de modo que todos os vagões do trem possam ser conectados eletricamente.

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Os componentes do equipamento do vagão estão localizados conforme mostrado na Figura 4.22. Linha Pneumática Dispositivo Vazio/Carregado Sensor de freio manual aplicado

Caixa de Junção

Linha do Trem Cabo da Linha do Trem

Válvula de Controle EP-60

Caixa de Junção

Dispositivo de Controle do Vagão

Figura 4.22

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Cabo da Linha do Trem

Localização dos componentes do Equipamento do vagão

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.2.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dispositivo auxiliar da extremidade do trem – AED

O Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem (AED) conecta-se ao conector não combinado no último vagão do trem. Antena de RF

Iluminação Bateria

Conector entre vagões Encanamento de freio Figura 4.23

Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem – AED

Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem

Figura 4.24

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Localização do Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

O AED contém:  Uma unidade de gerenciamento de alimentação;  Bateria;  Um dispositivo de comunicações de transporte da linha de alimentação e circuito de interrupção. Suas funções principais são:  Interrupção da linha de comunicação;  Bloqueio de Segurança da Linha do Trem.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.2.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Comunicações da linha do trem

Uma parte integrante do sistema é a Rede de Comunicações Intra-trem. Esta rede é baseada na tecnologia Lon Works da Echelon Corporation. As informações de condição e controle do trem são transferidas entre as locomotivas, da locomotiva ao vagão, do vagão à locomotiva e de vagão para vagão, na forma de pacotes de mensagem. Os tipos gerais de mensagens que são transmitidas na Rede de Comunicações Intra-trem são:

 Mensagens de gerenciamento da rede;  Mensagens de composição do trem;  Mensagens de controle do freio;  Mensagens de controle de alimentação;  Mensagens de condição (status);  Mensagens de exceção. O Sistema de Controle EP-60 suporta todas as mensagens específicas AAR, como definidas na Especificação S-4230 - Comunicações Intra-trem ECP/AAR.

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Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Frenagem do trem

O Sistema de Frenagem EP-60 foi desenvolvido para atender aos requisitos de desempenho da Especificação S-4200 - Desempenho de ECP da AAR, de modo a fornecer frenagem uniforme do trem, sem levar em consideração a carga individual de cada vagão. Na operação normal de frenagem do trem, o Encanamento Geral não é modulado para o controle de freio do trem. Tanto na frenagem de serviço, quanto na de emergência, o Sistema de Frenagem EP-60 fornece controle direto da pressão do cilindro do freio em cada vagão para aplicação e liberação graduada do freio. Na hipótese de uma falha no Sistema de Controle EP-60, o operador do trem pode controlar os freios do trem, mudando para o controle convencional, isto é, controlar o Encanamento Geral. O controle eletro pneumático da pressão do cilindro do freio é baseado no comando do freio da Linha do Trem, coeficiente líquido de frenagem desejada, carga do vagão e outros parâmetros de frenagem do trem. A Unidade Head-End - HEU da locomotiva interpreta as ações do operador do trem e controla eletronicamente a Alimentação da Linha do Trem através da Fonte de Alimentação da Linha do Trem – TPS, que fornece energia e se comunica através da Rede de Comunicações Intra-trem com:  Cada um dos Dispositivos de Controle do Vagão – CCD, fornecendo os comandos de frenagem;  O Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem – AED, que finaliza a linha de comunicação e transmite uma mensagem de retorno da extremidade do trem à HEU para estabelecer a integridade da linha do trem. A alimentação ao equipamento do vagão é fornecida pela Fonte de Energia da Linha do Trem através dos fios da linha do trem. A Alimentação da Linha do Trem é utilizada para carregar as baterias do vagão, a qual, por sua vez, alimenta a parte eletrônica do controle de freio e outras funções do vagão. Uma interface da Rede da Linha do Trem fornece o link de comunicação entre o vagão e o resto do trem. Esta Rede de Comunicações Intra-trem também é utilizada para reportar exceções do vagão, informações de condições e de diagnóstico. A Interface do Operador fornece a exibição das informações de condição do trem.

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191

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.3.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Inicialização do trem

A inicialização do trem refere-se à parte da operação do sistema durante a qual o trem é montado: vagão/locomotivas são acrescentados, a AED é colocada na extremidade do último vagão, a linha do trem é alimentada e os vagões/locomotivas são identificados e configurados. Como parte da composição do trem, o sistema tem determinada responsabilidade relativa à operação eletro pneumática para assegurar que determinados requisitos de segurança sejam atendidos e que o sistema esteja pronto para operação normal. Estas responsabilidades incluem, mas não estão limitadas a, o seguinte:

 Lógica de alimentação da linha do trem para evitar alimentação prematura (Bloqueio de Segurança da Linha do Trem);

 Detectar, automaticamente, vagões/locomotivas e executar a sequência do trem para determinar a ordem de vagões na composição (Configuração do Trem);

 Detectar e selecionar, automaticamente, a direção da locomotiva;  Descarregar informações de configuração, tais como, condição de vazio/carregado, condição da alimentação, Principal/Rebocado, etc. Observação Em 31 de agosto de 1999, a tecnologia de sequência do trem da NYAB foi selecionada pela AAR como Padrão AAR.

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192

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.3.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Bloqueio de segurança da linha do trem

O recurso de Bloqueio de Segurança da Linha do Trem não permite que a alimentação da Linha do Trem seja energizada quando o trem não está completamente formado, isto é, todos os vagões/locomotivas foram engatados, todos os cabos conectados, e um AED foi acoplado ao conector livre do cabo da Linha do Trem no último vagão. O Bloqueio de Segurança da Linha do Trem é controlado pela HEU e AED, o qual também atua como finalizador do canal de comunicações da Linha do Trem. Uma vez conectado à Linha do Trem e ligado, o AED começa a transmitir a cada segundo um sinal “EOT Ativo” para a HEU da locomotiva. Ao receber a mensagem "EOT Ativo", a HEU entende que todos os vagões/locomotivas no trem foram conectados e que a integridade do trem foi estabelecida. A HEU passa a transmitir uma mensagem ao Controlador de Alimentação da Linha do Trem para ativar a Alimentação da Linha do Trem. Quando o AED confirma que a Alimentação da Linha do Trem está ativa, transmite uma mensagem de retorno "Alimentação da Linha do Trem ON” à HEU para completar o processo de alimentação. Se a HEU perder a comunicação com o AED, transmitirá uma mensagem ao controlador de energia da Linha do Trem para interromper a Alimentação na Linha do Trem.

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193

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.3.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Varredura manual

Há recursos embutidos no sistema para parada manual da Fonte de Alimentação da Linha do Trem para fins de teste ou na hipótese de uma falha de tal função. A alimentação/energia na Linha do Trem pode ser interrompida manualmente através da Fonte de Alimentação da Linha do Trem, ou selecionando-se o modo OFF (desligado) na tela de configuração do trem na Unidade de Interface do Operador. Durante a operação de Run and Switch (Executar e Mudar), o Bloqueio de Segurança da Linha do Trem é desativado durante alguns segundos, para permitir que a Linha do Trem seja alimentada sem ter um dispositivo EOT conectado, para "acordar" o CCD.

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194

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.3.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Configuração do trem

Antes de compor o trem, a HEU não tem conhecimento a priori de quais locomotivas ou vagões rebocados estarão na composição, nem sua ordem. A HEU tem a capacidade de obter, de forma automática, uma lista completa do trem ordenado. Todos os vagões/locomotivas precisam ser conectados através do cabo da Linha do Trem e do acoplamento da mangueira pneumática. O AED precisa ser conectado e estar se comunicando e a Linha do Trem deve ser alimentada. Quando estes critérios são atendidos, a Configuração do Trem prosseguirá da seguinte forma:

 A HEU reunirá as informações básicas de identificação de todos os dispositivos no canal da linha do trem, incluindo CCD’s, HEU’s e acessórios de alimentação da Linha do Trem. Isto fornece à HEU uma lista da estrutura do trem, desordenado, que pode ser utilizada para obter informações completas de configuração para cada dispositivo e seus componentes.

 Ao utilizar a lista do trem e as informações de identificação associadas obtidas do procedimento anterior, a HEU reunirá e, se necessário, reconfigurará, todas as informações de configuração/tempo de execução de cada dispositivo (e seus componentes) na lista.

 Uma vez que o trem tenha sido configurado, o Banco de Dados do Trem estará completo, mas desordenado. Todas as informações necessárias da composição estarão presentes, mas a lista não refletirá, de forma exata, a ordem física dos vagões no trem. Como passo final na preparação do Teste de Terminal, o sistema empreenderá um procedimento para determinar a ordem física exata dos vagões; este processo é referido como Sequência do Trem.

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195

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.3.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Comandos de frenagem

Durante a operação normal do sistema, a HEU da locomotiva transmite o comando de frenagem do trem (TBC) aos vagões/locomotivas, em uma frequência de 1/segundo. O comando do freio é uma mensagem de prioridade e é expressa como um percentual da pressão total no cilindro do freio de serviço. O comando do freio do trem é determinado pela solicitação de frenagem do operador do trem, correspondendo ao seguinte: 0%

= Alívio

10%

= Serviço mínimo

11-99% = Serviço 100%

= Serviço total

120%

= Emergência

O comando do freio do trem é recebido em cada CCD e utilizado para determinar a quantidade de pressão no cilindro do freio do vagão com base na carga do vagão e outros parâmetros de frenagem.

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196

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.3.6

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Registro de dados

O Sistema de Controle EP-60 inclui o recurso de registro de dados, que proporciona capacidades abrangentes de diagnóstico. O registrador de dados armazena em memória não volátil, tanto no vagão, quanto na locomotiva, informações significativas que ocorrem durante a operação do sistema, do tipo:  Evento

 Qualquer modificação na operação do sistema, que possa ser desejável reportar e/ou registrar para consulta futura.

 Exceção  Um evento relacionado com operação anormal do sistema.  Defeito  Uma exceção que está relacionada com uma possível falha do equipamento.  Falha

 O resultado de um ou mais defeitos indicativos de que um componente do sistema precisa ser reparado ou substituído.

As exceções de nível de vagão são reportadas à locomotiva onde são registradas. Cada registro inclui a descrição, a hora, a data da ocorrência e os dados do sistema. É registrado e retido um mínimo de 2.000 informações significativas, num formato adequado para importação em um programa de planilha, como o Excel da Microsoft. Estes dados podem, posteriormente, ser transferidos para um PC para análise. Além disso, as informações estatísticas sobre a operação do sistema é acumulada.

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197

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

A tela Windows Datacord 5200 da Figura 4.25, mostra o registro de eventos/transferência de rádio nas Operações da QCM (Canadá) de um trem EP-60.

Figura 4.25

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Tela Windows Datacord 5200

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198

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Controle de freio do trem ECP

O sistema de Controle de Freio do Trem ECP controla os modos operacionais do esforço de tração das locomotivas em tração distribuída e a frenagem eletrônica do trem, através do:

 Controle de Freio do Trem Wire EP-60  Controle de Tração WireDP (Wire Distributed Power)

Figura 4.26

Controle de freio do trem ECP

Os comandos para controle de tração são dados pelo controlador mestre da locomotiva líder, convertidos para comandos da Linha de Trem e fornecidos a locomotiva remota através da rede de comunicações da Linha do trem. Os comandos da frenagem eletrônica do trem são dados na locomotiva líder através do EBV do CCB II e convertidos para comandos da Linha do Trem. Os vagões e as locomotivas rebocados recebem os comandos e respondem com a resposta local adequada para o esforço de freio e tração na unidade remota. O sistema também fornece informações sobre a condição das locomotivas e vagões rebocados para fins de exibição e monitoramento.

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199

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 4.4.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

O sistema WireDP

O sistema WireDP permite ao maquinista do trem controlar e receber feedback das locomotivas remotas. O WireDP fornece controle direto da direção da locomotiva remota e controles de desaceleração. O esforço de tração é baseado na direção da linha do trem e comandos de desaceleração. A HEU/DP principal fornece interface do usuário e emite comandos para todas as locomotivas remotas no trem. As locomotivas remotas recebem comandos e fornecem informações de feedback de condição à HEU/DP principal. Durante a operação normal do sistema, a HEU/DP, da locomotiva principal, transmite os comandos de esforço de tração do trem às locomotivas remotas em uma frequência de 1/segundo. O comando de tração é uma mensagem de prioridade e é expressa como um percentual de esforço de tração máxima. Valores negativos denotam freio dinâmico. O comando de esforço de tração é recebido em cada HEU/DP remota e utilizado para determinar a direção e comando de desaceleração para a composição de locomotiva remota, bem como outros comandos necessários. O comando de esforço de tração do trem é determinado pela solicitação do operador do trem, correspondendo ao seguinte: O Sistema de Controle EP-60 inclui capacidades abrangentes de diagnóstico. WireDP:

 Controle de Direção;  Controle do Freio Dinâmico/Desaceleração; Segurança

 Bloqueio de Segurança de Alimentação da Linha do trem;  Suporte Pneumático; Diagnóstico e Manutenção

 Diagnóstico no Nível de Locomotiva, Carro e Trem;

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200

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

 Sequência e Identificação Automática da Composição do Trem (a técnica da NYAB foi recentemente estabelecida como Padrão AAR);

 Atualizações de Software através de Compatibilidade de Transferência na Rede;  O sistema atenderá a todos os requisitos de interoperabilidade e Especificações AAR;

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201

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202

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Dinâmica e Frenagem Ferroviária 5 Dinâmica da Frenagem José Luiz Borba / Mauro Antônio Bergantini

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203

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Introdução

Sob certas condições da via, principalmente de tangente e de rampa descendentes, a força de tração de inércia

aplicada ao eixo das rodas da composição é substituída por uma força

. Sentido de movimento

Ci

Fi

R Fa

C e r N Fr -Fi

c Pa

Figura 5.1 Força de inércia

Apesar de suprimido o esforço trator na roda, esta continua a avançar com velocidades

fora dos limites estabelecidos pela ferrovia, pois está submetida a um conjugado devido à força de inércia igual a:

 Força de aderência;  Coeficiente de aderência;  Peso aderente do veículo;  Raio da roda. Nessas situações o maquinista é obrigado a aplicar os freios que fazem reduzir a velocidade, ou até mesmo parar o trem. Sempre que as condições permitirem, e se houver disponibilidade de espaço e de tempo, deve-se tirar partido da resistência do trem para desacelerá-lo. Neste caso, a potência da locomotiva deve ser reduzida de um modo controlado, a fim de evitar que o trem empurre a locomotiva. Se a parada do trem acontecer em uma rampa ascendente, a desaceleração pode ser auxiliada com o uso do freio independente ou do freio dinâmico. Isto requer perícia do maquinista a fim de evitar choques internos na composição. Quando se pretende frear uma composição, significa aplicar ao eixo das rodas uma força , que somada à força devida a resistência ao movimento do trem produzida pela inércia

, se oponha à força

.

Essa força pode ser obtida pelo atrito entre a sapata de freio e a superfície de rolamento da roda. UNIVIX / VALE

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204

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Sentido de movimento

Fi

Ci Cr e CF N Fr R

Fa

c

Sapata de freio

FF Ff

-Fi

Pa Figura 5.2 Força de frenagem

Aplicada radialmente, a força uma força de atrito A força

comprime a sapata de freio contra a roda, produzindo

entre a sapata de freio e a superfície de rolamento da roda.

, tangencial à roda, pode ser calculada pela expressão:

 Coeficiente de atrito entre sapata de freio e o aro da roda;  Força de frenagem real. As leis do atrito aplicadas à frenagem, estudadas experimentalmente por Douglas Galton em 1879 e confirmadas mais recentemente, são: 1a lei -

Se a velocidade relativa das superfícies de contato se mantiver constante: A força de atrito variará no mesmo sentido da força aplicada à sapata de freio, apesar da ação retardadora do freio.

2ª lei -

Se o esforço aplicado às sapatas permanecer constante: O coeficiente de atrito aumenta quando a velocidade relativa das superfícies de contato diminui; Inversamente, o coeficiente de atrito diminui quando a velocidade relativa aumenta.

3a lei -

Se a velocidade relativa das superfícies de contato permanecer constante e a força aplicada à sapata também permanecer constante: O coeficiente de atrito diminuirá à medida que aumentar o tempo de aplicação da força nas sapatas.

4a lei -

Se o esforço aplicado às sapatas permanecer constante:

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O coeficiente de atrito decresce em função da duração da aplicação, mas aumenta em seguida, rapidamente, sob influência de diminuição da velocidade relativa das superfícies de contato. A força de atrito

desenvolve o conjugado

Por sua vez, o conjugado opõem à força

aplicado à roda de raio

aplica uma força igual à

:

ao eixo da roda, que também se

produzida pela inércia do trem, fazendo retardar seu movimento.

O conjugado retardador, que vai parar o trem, é:

Da expressão do conjugado retardador e pelas leis de Galton, temos que:  Durante a frenagem, a força

aplicada na sapata de freio deve ser o mais intensa

possível sem, no entanto, produzir a imobilização da roda. Se durante a frenagem o conjugado retardador superar o conjugado de inércia, isto é:

a roda será imobilizada e deslizará sobre o trilho. Nessa situação, teremos apenas o atrito de deslizamento da roda sobre o trilho, que é inferior ao atrito da sapata de freio sobre a superfície de rolamento da roda. A aderência entre as rodas e os trilhos diminui consideravelmente e o veículo tende a deslizar sobre os trilhos, fugindo ao controle dos freios. O travamento produz defeitos térmicos na roda e a formação de calos na superfície de rolamento da mesma, o que deve ser evitado, pois não só ocasionam ruídos incômodos e trepidações, como são dispendiosos de remover e encurtam grandemente a vida das rodas.

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206

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Figura 5.3 Calo de roda

Com a roda em movimento, ainda contaremos com o atrito de rolamento da roda sobre o trilho, que constituirá em mais uma força retardadora. Quanto mais atrito de rolamento houver entre a roda e o trilho, tanto mais depressa o veículo irá parar. Para que a roda continue a girar, enquanto o trem estiver em movimento durante a frenagem, devemos ter o conjugado retardador menor que o conjugado de inércia, ou seja:

isto é,

ou

Sendo,

podemos escrever:

de onde podemos concluir que a força tangencial à roda, criada pelo atrito da sapata sobre a superfície de rolamento da roda, não deve assim ultrapassar a força tangencial contrária criada pela aderência da roda ao trilho. Substituindo as expressões das forças na desigualdade acima, temos;

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207

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

ou,

A força aplicada sobre a sapata de freio poderá ser tanto maior, quanto maior for o coeficiente de aderência e quanto mais carregada estiver a roda.  É desejável que a força aplicada à sapata seja reduzida quando a velocidade diminuir. A variação do coeficiente de atrito entre a sapata de freio e a superfície de rolamento da roda, em função da velocidade do trem, cria problemas, que podem ser amenizados pela variação do esforço sobre a sapata à medida que a velocidade diminui. Essa variação pode ser obtida com a ação do maquinista ou automaticamente nos freios eletro/eletrônicos modernos. Outro recurso utilizado é a limitação do esforço na sapata, de tal modo que, mesmo em baixa velocidade, se tenha a desigualdade estabelecida acima.  O coeficiente de atrito entre a sapata e a superfície de rolamento da roda diminui com o tempo de aplicação. A redução do coeficiente de atrito é negligenciável nas frenagens rápidas. Portanto, o máximo de esforço deve ser aplicado o mais rapidamente possível e uniformemente em todas as rodas do trem. O controle da velocidade durante a frenagem deve ser realizado com muita perícia pelo maquinista, a fim de evitar choques na composição e até mesmo os descarrilamentos.

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208

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Força de frenagem

O conjunto de alavancas da timoneria de freio produz a força líquida de frenagem ou força líquida das sapatas de freio, dada pela expressão:

 Força transmitida pelos cilindros  Relação total de alavancas  Rendimento da timoneria

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209

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.2.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Força transmitida pelos cilindros

A força transmitida pelos cilindros de freio é proporcional a pressão aplicada e a área do pistão, isto é:

 Pressão no cilindro de freio;  Área do pistão do cilindro de freio.

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210

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.2.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Relação Total de alavancas

Na Figura 5.4 podemos observar um diagrama esquemático da timoneria de freio de um vagão, em que é mostrado o sentido de movimentação das alavancas de força (alavancas vivas), ligadas ao tirante da timoneria.

Sapata de freio Fs

Barra de compressão nd md Truque 2 nc

Fs Triângulo

mc Cilindro de freio F2

Fc a

ma

mb

Ajustador de folga

b

F1

c

Fs Triângulo

nc

Truque 1 d nd

 força aplicada às alavancas do truque 1

 braço de alavanca

 força aplicada às alavancas do truque 2

 braço de alavanca

 força do cilindro de freio

Sapata de freio

Fs

 braço de alavanca

 força das sapatas

 braço de alavanca

Figura 5.4 Esquemático da timoneria de freio de um vagão

Observação A relação de nenhuma alavanca individualmente deve ser maior que 4:1. A multiplicação para um par de sapatas é igual a:

Pelo diagrama da Figura 5.4, temos:

e UNIVIX / VALE

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211

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

logo

Tem-se que a relação total de alavancas

é igual a 4 vezes o valor que dá a

multiplicação de um par de sapatas, uma vez que a relação correspondente a cada truque é igual, e a cada rodeiro também, logo:

A relação total de alavancas

é o número que exprime a multiplicação total da

timoneria de freio do vagão.

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212

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.2.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Rendimento da timoneria

O rendimento da timoneria dos freios dos vagões situa-se na casa de 60% a 70%, com o valor de 65% sendo adotado nos cálculos de frenagem. A ABA indica uma eficiência de 75% para os cálculos de freio das locomotivas com cilindros instalados nos truques. Na prática, esta eficiência se situa geralmente entre 55% e 75%.

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213

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.2.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Exemplo

Seja um vagão com as seguintes características:  Pressão no cilindro de freio = 4,5 kgf/cm2 ( 64 psi );  Área do pistão = 506,7 cm2, para um cilindro de 10” ou 25,4 cm de diâmetro;  Multiplicação para um par de sapatas = 2,9:1;  Eficiência da timoneria = 65%;  Número de cilindros de freio no vagão = 1. Calcule a força de retardamento produzida pelo seu sistema de freios. A força transmitida pelos cilindros de freio é:

A relação total de alavancas

é o número que exprime a multiplicação total da

timoneria de freio do vagão, isto é:

A força líquida de frenagem será de:

Supondo um coeficiente de atrito da sapata-roda de 30%, a força de retardamento do vagão é de:

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214

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Taxa de frenagem

A taxa de frenagem é o resultado da divisão da força de frenagem pelo peso do veículo.

Exprimindo a taxa de frenagem em porcentagem chega-se a:

O cálculo da frenagem nesse caso é elaborado a partir da taxa de desaceleração adotada pela operadora, que a estipula em função do desempenho operacional planejado e do conforto e segurança do usuário. As pressões nos cilindros de freio não são, portanto, pré-determinadas, variando em função do:  Peso do veículo;  Tipo de timoneria;  Sistema de freio adotado.

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215

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.3.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Exemplo

Para um vagão de 100 t de massa a frear e uma taxa de desaceleração estipulada em 0,77 m/s2, tem-se, pela lei de Newton, que a força de retardamento é igual ao produto da massa pela desaceleração:

A força de frenagem correspondente, para um coeficiente de atrito sapata-roda de 30%, será de:

gerando uma taxa de frenagem de:

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216

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.3.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Taxa de frenagem dos vagões

Os vagões devem seguir certas normas para que a força de retardamento ao longo do trem, isto é, a frenagem do trem, seja tão uniforme quanto possível. As recomendações da AAR para as taxas de frenagem são as mostradas na tabela seguinte. Tabela 5.1 Taxas de frenagem recomendadas pela AAR Condição do veículo

Antiga recomendação

Recomendação atual

Carregado

11,52%

8,32%

Vazio

57,60%

38,4%

Freio de mão

 1,5  Ff

 0,11 Pv

As pressões estabelecidas pela AAR são de 70 psi no encanamento geral e 50 psi no cilindro de freio, em uma aplicação total de serviço, isto é uma redução de 20 psi. Essas pressões, no entanto, só devem ser usadas se o trem trafegar sempre em terrenos planos. Como a maioria das ferrovias brasileiras trafega em terrenos acidentados, passaram a adotar valores mais rigorosos, com pressões de 90 psi no encanamento geral e 64 psi no cilindro de freio, com uma aplicação total de serviço de 24 a 26 psi. Esses níveis de pressão mais rigorosos evidentemente proporcionam mais segurança na operação, pois o sistema dispõe de mais ar para a aplicação dos freios.

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217

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.3.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Taxa de frenagem das locomotivas

A AAR recomenda as seguintes taxas de frenagem, considerando 50 psi nos cilindros de freio e um rendimento apenas de 75% da timoneria:  Freio automático – aplicação de serviço –  Freio independente –

; .

Também nesse caso, os valores de pressão de encanamento geral e no cilindro de freio foram corrigidos para 90 psi e 60 psi respectivamente.

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218

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 5.3.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Exemplo

Seja um vagão com as seguintes características:  Pressão no cilindro de freio = 3,515 kgf/cm2 ( 50 psi );  Área do pistão = 506,7 cm2, para um cilindro de 10” ou 25,4 cm de diâmetro;  Multiplicação para um par de sapatas = 2:1;  Eficiência da timoneria = 65%;  Número de cilindros de freio no vagão = 1;  Peso do vagão carregado = 100.000 kg;  Peso do vagão vazio = 20.000 kg. Calcule a força de retardamento produzida pelo seu sistema de freios. Se a relação entre as dimensões “a” e “b” da alavanca do cilindro de freio da Figura 5.4 é igual a 1, a força transmitida pelos cilindros de freio é de:

A relação total de alavancas

é o número que exprime a multiplicação total da

timoneria de freio do vagão, isto é:

A força líquida de frenagem será de:

Teremos as seguintes taxas de frenagem:

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219

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Comparando esses valores com os recomendados, constatamos que a percentagem de 46,3% excedeu o valor máximo que é de 38,4%, e que a percentagem de 9,3% também excede o limite de 8,32%. Portanto, devemos modificar o projeto do truque de modo a ficar com todos os valores dentro do estabelecido pela norma. Se alterarmos de 1 para 0,818 a relação entre as dimensões “a” e “b” da alavanca do cilindro de freio da Figura 5.4, a força transmitida pelos cilindros de freio é de:

A força líquida de frenagem será de:

e as seguintes taxas de frenagem:

que atendem à norma.

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220

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dinâmica e Frenagem Ferroviária 6 Manuseio dos Trens José Luiz Borba / Mauro Bergantini

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221

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Introdução

Um trem é um sistema complexo que pode reagir de diferentes maneiras durante a sua operação. Os tipos de reações dependem de muitos fatores como: 

Disposição dos vagões no trem;



Composição do trem;



Comprimento do trem;



Perfil da linha;



Condições do tempo;



Condição do vagão – vazio/carregado;



Velocidade do trem;



Características das locomotivas.

É seguro afirmar que devido à diversidade das variáveis apresentadas, não existem 2 (dois) trens que apresentem características idênticas, condicionando o operador do trem a adequar sua condução às especificidades que cada trem oferece.

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222

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Recomendações na operação dos freios

O Manípulo do Freio Automático deve permanecer sempre na posição de Marcha, salvo quando se desejar parar o trem ou diminuir a sua velocidade. Para evitar que não haja alívio indesejado do trem por desequilíbrio de pressão, o maquinista não poderá movimentar e/ou engatar as locomotivas na composição com o Manípulo do Freio Automático fora da posição de Alívio. Nos casos de manobras com locomotivas escoteiras também não é permitido a movimentação destas com o Manípulo do Freio Automático fora da posição de Alívio ou Marcha. Quando o maquinista coloca o Manipulador do Freio Automático na posição de Redução Mínima, automaticamente corta o abastecimento do encanamento geral, o que não é recomendável, principalmente se o trem ainda não estiver totalmente carregado. O crescimento da pressão nos cilindros de freio dos vagões depende do tipo do equipamento usado, do comprimento do encanamento geral e da intensidade da redução da pressão do encanamento geral. O manipulador do Freio Automático 26-C é utilizado para frear os vagões da composição e as locomotivas, caso não esteja sendo utilizado simultaneamente o freio dinâmico. O efeito do freio dinâmico no trem é semelhante ao do freio a ar Independente da locomotiva no qual o esforço de frenagem é aplicado somente à locomotiva. O maquinista precisa efetuar uma boa avaliação ao acionar e regular o freio dinâmico, porque durante a utilização da frenagem dinâmica, passam a atuar 3 forças:  Força de Compressão Resulta do esforço retardador gerado nas locomotivas com o uso do freio dinâmico.  Força Sobre Engates Encolhidos Resulta da compressão continuada dos engates devido à utilização do freio dinâmico durante as reduções e paradas dos trens nas descidas de rampas.  Forças de Compressão As forças de compressão são resultantes dos impactos severos resultantes da brusca modificação da situação dos engates, que passam da condição de esticado a comprimido, em decorrência do rápido acúmulo de forças retardadoras nas locomotivas.

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223

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

A aplicação do freio dinâmico deverá ser suave e gradual para prevenir um brusco movimento da folga entre os engates, de maneira a evitar excessivas forças de compressão, que poderiam resultar em danos à via, ejetar e/ou descarrilhar vagões leves, queimar os resistores de grade do freio, gerar choques elevados de compressão. A perícia do maquinista para usar o freio dinâmico requer:  Redução de potência da locomotiva antes em frenagem dinâmica;  Manipulação do freio da composição até trazer o trem a uma velocidade compatível com a rampa;  Manipulação combinada dos freios a ar e elétrico. Há duas maneiras de se usar o freio dinâmico em conjunto com o freio a ar, dependendo das condições da linha:  Se for desejado encolher o trem, o maquinista primeiro aplica o freio dinâmico e depois o freio a ar;  Se for desejado esticar o trem, o maquinista deve fazer uma aplicação mínima, intensificando-a até conseguir a velocidade controlada, só então aplica o freio dinâmico. Se a velocidade estiver sob controle, a aplicação do freio a ar deverá ser mantida. Se a velocidade cair muito, o maquinista pode aliviar os freios da composição e deixar que o freio dinâmico controle a velocidade do trem. Se a velocidade tender a aumentar para além dos limites, o maquinista volta a aplicar os freios da composição, porém em uma intensidade inferior à inicial.

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224

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Partida de um trem

Na técnica de operação de trens, a partida de um trem consiste em dar início ao movimento do trem até ele atingir velocidades dentro dos limites estabelecidos pela ferrovia, dentro das normas de segurança, procurando ao mesmo tempo, evitar danos e desgastes ao equipamento. Este tipo de operação deve resultar numa marcha controlada, sem choques na composição e sem perigo de o trem escapar ao controle do maquinista. As folgas dos engates ajudam um trem pesado na partida, permitindo que cada vagão seja puxado individualmente. Contudo, este recurso somente deve ser usado se necessário. O maquinista deve sentir o trem tentando partir com o trem esticado. Se conseguir sem forçar a locomotiva, não deve permitir o encolhimento do trem, mas sim procurar esticá-lo. Isto é conseguido através de manipulação do freio e da tração da locomotiva.

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225

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.3.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em nível Sentido de deslocamento

0,0%

0,0%

1. Coloque o punho do manipulador de freio automático na posição de Alívio ou Marcha. 2. Após aliviar os freios no trem inteiro, avance o acelerador para Ponto 1. 3. Lentamente alivie a ação do freio independente. a.

Se o trem entrar em movimento, mantenha a velocidade de partida das locomotivas baixa e uniforme, em torno de 2 km/h, com a ação do freio independente, até que todo o trem esteja em movimento

b. Se o trem não entrar em movimento, avance lentamente o acelerador. Se o trem não se movimenta após o acelerador avançar até o Ponto 4, retorne o acelerador para a posição Idle, aplique o freio independente, e determine a causa que está impedindo o movimento do trem. 4. Após todo o trem entrar em movimento, verifique se a amperagem nos motores de tração ou os níveis de esforço de tração estão diminuindo. 5. Se esses níveis estão diminuindo, avance o acelerador para a próxima posição superior. 6. Se o medidor de carga indicar níveis elevados de corrente, limite o acelerador a posição mais baixa possível para evitar forças de tração mais elevadas do que poderão resistir os engates.

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226

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.3.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa ascendente slocamento Sentido de de

0,50%

0,50%

1. Avance o acelerador para Ponto 1. 2. Coloque o punho do manipulador de freio automático na posição de Alívio ou Marcha. O alívio rápido dos freios causa o alívio dos freios no trem inteiro, e a parte traseira começa a rolar para trás enquanto a parte da frente anda para frente, o que facilmente pode causar a quebra do trem. 3. Reduza a ação do freio independente. 4. À medida que os freios vão sendo liberados no sentido da cauda do trem, avance o acelerador para Ponto 2 ou superior na tentativa de iniciar o movimento de trem. Os trens de grande tonelagem exigirão posições mais altas do acelerador, a fim de manter o trem esticado, impedindo que a locomotiva se desloque para trás, contra o trem, reduzindo a folga entre os vagões. O encolhimento do trem não é um método recomendado para partir um trem de grande tonelagem ou em rampas de inclinação acentuada. Um nível de inclinação é considerado acentuado se for igual ou superior a 1%. 5. Reduza lentamente a ação do freio independente até que ele seja totalmente liberado. 6. Após o trem começar a se mover, verifique se a amperagem ou níveis de esforço de tração estão diminuindo. 7. Se esses níveis estão diminuindo, avance o acelerador a próxima posição superior. 8. Se o medidor de carga indicar níveis elevados de corrente, limite a posição do acelerador no necessário para evitar forças de tração mais elevadas do que poderão resistir os engates.

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227

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Se acorrente se tornar extrema, aplique o freio automático, reduza o acelerador para a posição Idle, aplique o freio independente, a fim de manter o trem no nível de inclinação, e em seguida determine as causas que impedem a partida do trem. Observação Se o trem não se movimenta: a.

Não mantenha o acelerador em posição de potência por mais tempo do que o necessário, pois isto provocará danos aos motores de tração.

b. Deverá ser considerada a hipótese de uso de locomotivas em auxilio a tração, preferencialmente pela cauda, a fim de impedir uma possível ruptura da composição devido ao esforço de tração exercido pelas locomotivas durante a partida. O encolhimento do trem não é um método recomendado para partir um trem de grande tonelagem ou em rampas de inclinação acentuada. Um nível de inclinação é considerado acentuado se for igual ou superior a 1%.

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228

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.3.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa descendente Sentido de de slocamento

- 0,50%

- 0,50%

1. Certifique-se que o freio independente está plenamente aplicado. 2. Coloque o punho do manipulador de freio automático em posição de Alívio ou Marcha para ajustar a folga do trem. 3. Após o alívio dos freios no trem inteiro, reduza gradualmente a ação do freio independente até que o trem comece a se mover, a fim de evitar um possível deslizamento das rodas da locomotiva. 4. Uma vez que o trem inteiro está se movendo, reduza progressivamente o freio independente para evitar mudanças bruscas na folga. 5. Dependendo do perfil do trecho, aplique o freio dinâmico e, à medida que o freio dinâmico se torne eficiente, alivie gradualmente o freio independente.

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229

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.3.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa ascendente com movimento a ré slocamento Sentido de de 0,50%

0,50%

1. Alivie o freio automático e aguarde que todos os freios do trem sejam aliviados para ajustar a folga. 2. Reduza o freio independente e use a posição do acelerador mais baixa possível para iniciar o movimento. 3. À medida que a velocidade aumenta, continue a reduzir o freio independente até que ele seja totalmente aliviado. 4. Se notar um aumento significativo do medidor de carga ou velocidade do trem diminuir sem uma mudança na posição do acelerador, pare imediatamente e determine a causa. 5. Leve em consideração a ocorrência de forças de compressão elevadas na cabeça do trem.

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230

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.3.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa descendente com movimento a ré e com trem esticado Sentido de de slocamento

- 0,50%

- 0,50%

1. Certifique-se de que o freio independente está plenamente aplicado. 2. Coloque o punho do manipulador de freio automático em posição de Alívio ou Marcha para ajustar a folga do trem. 3. Após o alívio dos freios no trem inteiro, reduza gradualmente a ação do freio independente até que o trem comece a se mover, a fim de evitar um possível deslizamento das rodas da locomotiva. 4. Se o trem não entrar em movimento por si mesmo, aumente progressivamente o ponto do acelerador até atingir uma aceleração suficiente para que a locomotiva comece a se movimentar. 5. Se estiver disponível, aplique o freio dinâmico e, à medida que o freio dinâmico for se tornando eficaz, alivie gradualmente o freio independente.

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231

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.3.6

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa descendente com movimento a ré e com o trem encolhido Sentido de de slocamento

- 0,50%

- 0,50%

1. Reduza o freio independente em 50% para permitir que a locomotiva comece a se movimentar com o trem encolhido. 2. Alivie o freio automático e espere que todos os freios do trem sejam aliviados 3. Ajuste a folga do trem. 4. Continue a reduzir gradualmente o freio independente, até que o trem comece a se mover. 5. Se estiver disponível, aplique o freio dinâmico e, à medida que o freio dinâmico for se tornando eficaz, alivie gradualmente o freio independente.

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232

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Parada de um trem

Na técnica de operação de trens, a parada de um trem consiste em controlar sua velocidade dentro dos limites estabelecidos pela ferrovia até a parada total do trem em qualquer ponto da via, dentro das normas de segurança, procurando ao mesmo tempo, evitar danos e desgastes ao equipamento, inclusive aos rodeiros e as sapatas de freio. Este tipo de operação deve resultar numa marcha controlada, sem choques na composição e sem perigo de o trem escapar ao controle do maquinista.

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233

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.4.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa descendente com auxílio do freio dinâmico Sentido de de slocamento

- 0,80%

- 0,80%

1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição de Marcha Lenta (IDLE). 2. Aguarde um intervalo mínimo de 10 segundos em marcha lenta. 3. Coloque a alavanca do freio dinâmico na posição “set up” durante pelo menos 10 segundos. 4. Aumente gradualmente a ação de frenagem dinâmica a fim de provocar um encolhimento gradativo do trem, até atingir o nível desejado de frenagem. 5. Quando o freio dinâmico já tiver sido aplicado dentro da metade a três quartos da sua capacidade disponível, a uma distância suficiente da parada, execute uma redução mínima pelo manipulador de freio automático de 6 a 8 psi. 6. Alivie o freio independente após cada aplicação de freio automático. 7. Execute pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, caso a redução mínima não seja suficiente para garantir a redução de velocidade desejável, observando os limites de amperagem na modulação do freio dinâmico. 8. À medida que a velocidade for decrescendo até cerca de 10 km/h ou menos, complemente a perda de eficiência do freio dinâmico com o acionamento do freio independente, até 15 psi, a fim de evitar que as locomotivas e os primeiros vagões estiquem. 9. Mantendo ainda o trem encolhido através do freio independente, alivie totalmente o freio dinâmico e aplique totalmente o freio independente. A aplicação do Freio Independente deverá ser sempre suave e gradual para evitar o rápido acúmulo de compressão nos vagões adjacentes à locomotiva que poderá gerar choques de compressão elevados.

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234

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Estes choques originados na cabeça do trem tenderão a crescer se houver uma combinação de aplicação brusca do Freio Independente com a redução de velocidade inadequada para a desaceleração total ou parcial do trem.

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235

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.4.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa descendente sem auxílio do freio dinâmico Sentido de de slocamento

- 0,80%

- 0,80%

1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição de Marcha Lenta (IDLE). 2. Aguarde a folga se ajustar. 3. A uma distância suficiente do ponto de parada, execute uma redução mínima pelo manipulador de freio automático de 6 a 8 psi, para manter a folga ajustada. 4. Execute pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, caso a redução mínima não seja suficiente para garantir a redução de velocidade desejável. 5. Com o trem se aproximando do ponto de parada, aplique uma redução final e aplique o freio independente da locomotiva.

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236

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.4.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa descendente com o trem encolhido Sentido de de slocamento

- 0,80%

- 0,80%

1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição de Marcha Lenta (IDLE). 2. Aguarde um intervalo mínimo de 10 segundos em marcha lenta até a folga se ajustar na condição de trem encolhido. 3. Gradualmente aplique o freio independente para manter o trem encolhido. 4. A uma distância suficiente do ponto de parada, execute uma redução mínima pelo manipulador de freio automático de 6 a 8 psi, para manter o trem encolhido. 5. Com o trem se aproximando do ponto de parada, aplique uma redução final e aplique o freio independente da locomotiva.

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237

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.4.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa ascendente com o trem esticado por redução do acelerador slocamento Sentido de de

0,50%

0,50%

1. Reduza progressivamente um ponto por vez do acelerador, obedecendo ao tempo mínimo de 2 segundos entre cada ponto. 2. Mantenha a condição de trem esticado e permita que o grau crescente da rampa retarde o trem. O operador deverá fazer uma redução mínima pelo manipulador de freio automático, mantendo uma aceleração suficiente para manter a condição do trem esticado. Logo que a redução mínima for eficiente ao longo de todo o trem, reduza gradualmente o acelerador, ponto a ponto, a fim de controlar a velocidade e as forças sobre o trem. Pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, poderão ser acrescentadas até a parada completa, caso a redução mínima não seja suficiente para garantir a redução de velocidade desejável. 3. Quando o trem entra em stall, coloque o freio independente em plena aplicação. O operador deve estar atento ao tempo de efetivação da desaceleração, para não propiciar o surgimento de “Stall Burning”, que poderá provocar a queima dos motores de tração. 4. Após a parada do trem, aplique o freio independente e reduza o acelerador para IDLE, respeitando os 2 segundos regulamentares na retirada dos pontos de aceleração.

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238

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.4.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa ascendente trem encolhido com movimento a ré slocamento Sentido de de 0,50%

0,50%

1. Use a posição mais baixa possível do acelerador para manter a condição de trem encolhido. 2. A uma distância suficiente do ponto de parada, execute uma redução mínima pelo manipulador de freio automático de 6 a 8 psi, para manter o trem encolhido. 3. Execute pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, caso a redução mínima não seja suficiente para garantir a redução de velocidade desejável. 4. Observe o medidor de carga e reduza o acelerador conforme necessário para evitar as altas forças de compressão. 5. Após a parada do trem, aplique o freio independente e reduza o acelerador para IDLE, respeitando os 2 segundos regulamentares na retirada dos pontos de aceleração.

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239

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.4.6

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa descendente trem esticado com movimento a ré Sentido de de slocamento

- 0,50%

- 0,50%

1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição de Marcha Lenta (IDLE). 2. Aguarde um intervalo mínimo de 10 segundos em marcha lenta até a folga do trem se ajustar na condição de trem esticado. 3. Coloque a alavanca do freio dinâmico na posição “set up” durante pelo menos 10 segundos. 4. Aumente gradualmente a ação de frenagem dinâmica a fim de manter o trem esticado, até atingir o nível desejado de frenagem. 5. A uma distância suficiente do ponto de parada, execute uma redução mínima pelo manipulador de freio automático de 6 a 8 psi, para manter o trem esticado. 6. Execute pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, caso a redução mínima não seja suficiente para garantir a redução de velocidade desejável. 7. À medida que a velocidade for decrescendo até cerca de 10 km/h ou menos, complemente a perda de eficiência do freio dinâmico com o acionamento do freio independente, até 15 psi, a fim de evitar que as locomotivas e os primeiros vagões se juntem. 8. Mantenha ainda o trem esticado através do freio independente, alivie totalmente o freio dinâmico e aplique totalmente o freio independente. Observação Se o freio dinâmico não está disponível ou ineficaz, utilize o freio independente para manter uma condição de trem esticado.

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240

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Redução ou controle da velocidade de um trem

Na técnica de redução ou controle da velocidade de um trem consiste em controlar a velocidade dentro dos limites estabelecidos pela ferrovia, mantendo uma boa margem de reserva de freios, dentro das normas de segurança, procurando ao mesmo tempo, evitar danos e desgastes ao equipamento, inclusive aos rodeiros e as sapatas de freio. Este tipo de operação deve resultar numa marcha controlada, sem choques na composição e sem perigo de o trem escapar ao controle do maquinista.

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241

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.5.1

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e com o auxílio do freio dinâmico Sentido de de slocamento

- 1,10%

- 1,10%

1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição de Marcha Lenta (IDLE). 2. Aguarde um intervalo mínimo de 10 segundos em marcha lenta até a folga do trem se ajustar na condição de trem encolhido. 3. Mantenha a Marcha Lenta no mínimo por um intervalo de dez (10) segundos. 4. Colocar a alavanca do freio dinâmico na posição Set Up durante pelo menos dez (10) segundos. 5. Aumente gradualmente a ação da frenagem dinâmica a fim de manter o encolhimento gradativo do trem, até atingir o nível desejado de frenagem. 6. Caso o freio dinâmico por si só seja capaz de proporcionar uma desaceleração suficiente para reduzir ou controlar a velocidade do trem com segurança, não será necessário empregar os freios a ar. 7. Se necessário, a uma distância suficiente de uma possível restrição, aplique uma redução mínima de pressão pelo manipulador do freio automático e alivie o freio independente. O alívio do freio independente deverá ocorrer no início de cada aplicação do freio automático, mantendo o freio da locomotiva solto. 8. Assim que a velocidade estiver controlada e o manipulador do freio automático na posição de alívio, mantenha uma frenagem dinâmica suficiente para manter o trem encolhido, à medida que os freios vão sendo aliviados em todo o trem. O freio dinâmico possibilita um ajuste mais fino da velocidade.

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242

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.5.2

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e sem o auxílio do freio dinâmico Sentido de de slocamento

- 0,50%

- 0,50%

1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição de Marcha Lenta (IDLE). 2. Se necessário, a uma distância suficiente de uma possível restrição, aplique uma redução mínima de pressão pelo manipulador do freio automático e alivie o freio independente. 3. À medida que os freios do trem são aliviados, mantenha os freios da locomotiva aliviados a menos que eles sejam necessários para alterações severas das folgas. 4. Assim que a velocidade estiver controlada e o manipulador do freio automático na posição de alívio, mantenha uma frenagem dinâmica suficiente para manter o trem encolhido, à medida que os freios vão sendo aliviados em todo o trem. Observação Antes de tentar executar um alívio, considere a composição do trem e a velocidade. Talvez seja necessário parar completamente ou escolher um método alternativo de frenagem.

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243

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.5.3

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho em rampa ascendente trem esticado através de redução do acelerador slocamento Sentido de de

0,80%

0,80%

1. Reduza progressivamente o acelerador, um ponto por vez. 2. Mantenha a condição de trem esticado. 3. Permita que a rampa ascendente retarde o trem.

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244

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.5.4

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho com ponto de inflexão (crista) através da redução do acelerador Sentido de de slocamento

0,80%

- 0,90%

1. Reduza progressivamente o acelerador antes da locomotiva atingir o ponto de inflexão (crista). 2. Continue a reduzir o acelerador até que pelo menos metade do trem tenha transposto a crista, a fim de manter a velocidade do trem. Observação O emprego desse método reduzirá a força de tração adicional criada pelo peso da locomotiva e dos vagões que já transpuseram a crista.

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245

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.5.5

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho ondulado através da modulação do acelerador Sentid o

0,50%

d e d es loc

ament

o

- 0,50% 0,50%

1. Conforme for se aproximando do trecho ondulado, reduza progressivamente o acelerador conforme a necessidade de controle da velocidade do trem. 2. Reduza ainda mais o acelerador à medida que a locomotiva iniciar o trecho de rampa descendente. 3. Aumente progressivamente o acelerador pouco antes da locomotiva atingir o início da rampa ascendente. 4. Continue a aumentar progressivamente o acelerador à medida que o trem estiver se inscrevendo na rampa ascendente. 5. Reduza progressivamente o acelerador assim que a cauda do trem atinja a rampa ascendente.

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246

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 6.5.6

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Trecho ondulado através dos freios a ar Sentid o

0,50%

d e d es loc

ament

o

- 0,50% 0,50%

1. Conforme for se aproximando do trecho com ondulação, reduza progressivamente o acelerador conforme a necessidade de controle da velocidade do trem. 2. Mantenha uma redução do freio automático ao iniciar o trecho com ondulação. 3. Mantenha uma força de tração suficiente para que o trem permaneça na condição de esticado. 4. Alivie os freios automáticos. 5. Mantenha a força de tração durante o alívio dos freios a fim de impedir que o trem se encolha.

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247

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária

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248

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

Dinâmica e Frenagem Ferroviária 7 Referências Bibliográficas José Luiz Borba

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249

Pós Graduação em Engenharia Ferroviária 7.1 [1]

Dinâmica e frenagem Ferroviária

Bibliografia Romano, Sérgio José - Comparação de Desempenho dos Sistemas de Freio de Atrito tipo Sapata-Disco e Sapata-Roda para Veículos Ferroviários de Carga Unicamp - 2003.

[2]

Martins, Sérgio Roberto - Simulação de Frenagem de um Trem Unitário de Carga Unicamp - Faculdade de Engenharia Mecânica - 1999.

[3]

Boeira, Maurício de Medeiros - Análise Crítica do Grupo de Gestão de Falhas da Oficina de Vagões da EFC – Estudo de Caso - 2008.

[4]

Santos Júnior, Auteliano Antunes dos - Freios e Embreagens por Atrito - Unicamp Faculdade de Engenharia Mecânica - Departamento de Projeto Mecânico.

[5]

Cária, Donato Antônio - Análise das Causas das Falhas no Sistema de Freio Dinâmico em Locomotivas Frota A – 2006.

[6]

Pugi, Luca - Materiale Impianto Frenante

[7]

Barbosa, Roberto Spindola - Estudo da Dinâmica Longitudinal do Trem - Unicamp Faculdade de Engenharia Mecânica - Departamento de Projeto Mecânico - 1993

[8]

Freigth Car Brake Ringging Arrengements – Wabtec Corporation – 2004.

[9]

MRS - Superintendência de Transporte - Aperfeiçoamento de Maquinistas Condução de Trens – Notas de Aula

[10] The Air Brake Association - ABA - Manejo dos Trens de Carga Modernos - 1967 [11] The Air Brake Association - ABA - Management of Train Operation and Train Handling - 1980 [12] Association of American Railroads - AAR - Track Train Dynamics to Improve Freight Train Performance - R185 - 2nd edition [13] Vários Autores - Tratado de Estradas de Ferro - Material Rodante - Editores: Castelo Branco, José. E. S.; Ferreira, Ronaldo – 2000 [14] Roza, Leopoldo Corrêa. - Curso de Freios Ferroviários - Notas de Aula - Unicamp [15] Roza, Leopoldo C. - Dinâmica Ferroviária - Notas de Aula – Unicamp – 1998 UNIVIX / VALE

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Dinâmica e frenagem Ferroviária

[16] Roza, Leopoldo C. – Dinâmica Ferroviária, Freios e Economia de Combustível – Notas de Aula – Unicamp - 1998 [17] AAR – MSRP – Section E – 2003 [18] AAR – MSRP – Section E – Part II – 2004 [19] New York Air brake Corporation – CCBII - Computer Controlled Brake Generation II Service And Troubleshooting Guide - IP-168-C – December 2003 [20] Medeiros, Benjamin A. – Influência dos Sistemas de Freios Sobre a Operação e Economia das Ferrovias – X Congresso Panamericano de Estradas de Ferro – Outubro 1960

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