234884579 apostila mecanica de locomotivas puc, Exercícios de Undefined. Universidade Lusiada
jo_o_sabio
jo_o_sabio13 de Janeiro de 2016

234884579 apostila mecanica de locomotivas puc, Exercícios de Undefined. Universidade Lusiada

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Dinâmica Ferroviária

Mecânica de Locomotivas

Belo Horizonte - MG

2011

Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

IEC - Instituto de Educação Continuada

Mecânica de Locomotivas

Elaborado por:

José Luiz Borba

Coordenadores do Programa:

José Heleno Ferracioli Nunes

Paulo C. Barroso Magalhães

Belo Horizonte - MG

Março – 2011

Prefácio

“Feliz aquele que transfere o que

sabe e aprende o que ensina.”

Cora Coralina

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba I

Sumário

1 Dinâmica Ferroviária ................................................................................... 1

1.1 Aderência.................................................................................................... 2

1.1.1 Teoria da aderência superficial .................................................................... 3

1.1.1.1 Força de aderência ...................................................................................... 5

1.1.1.2 Tração por aderência .................................................................................. 9

1.1.1.3 Equação de Coulomb ................................................................................ 12

1.1.1.4 Patinagem ................................................................................................. 13

1.1.1.4.1 Causas da patinagem ................................................................................ 14

1.1.1.5 Demanda de aderência na tração .............................................................. 15

1.1.2 Mecânica do contato roda-trilho ................................................................ 17

1.1.2.1 Geometria do contato roda-trilho .............................................................. 18

1.1.2.2 Cálculo da área de contato ........................................................................ 21

1.1.2.2.1 Exemplo .................................................................................................... 22

1.1.2.3 Aderência disponível ................................................................................. 23

1.1.2.4 Fatores que afetam o coeficiente de aderência .......................................... 24

1.1.2.4.1 Efeito de cabragem ................................................................................... 26

1.1.2.4.1.1 Exemplo .................................................................................................... 28

1.1.2.4.2 Variação do coeficiente de aderência com a velocidade ............................. 29

1.1.2.5 Efeitos da perda de aderência na tração .................................................... 33

1.1.2.6 Aumento da aderência .............................................................................. 34

1.1.2.6.1 Micro-escorregamentos - “Creep”............................................................... 36

1.2 Resistência ao movimento ......................................................................... 39

1.2.1 Resistências normais ................................................................................. 41

1.2.1.1 Atrito nos mancais .................................................................................... 42

1.2.1.2 Atrito de rolamento da roda ...................................................................... 43

1.2.1.3 Atrito proveniente das deformações da via permanente ............................ 44

1.2.1.4 Resistência do ar ....................................................................................... 45

1.2.1.5 Atrito nos aparelhos de choque e tração ................................................... 46

1.2.1.6 Efeitos das resistências normais ................................................................ 48

1.2.1.6.1 Exemplo .................................................................................................... 50

1.2.1.7 Distância percorrida por um veículo até parar ........................................... 51

1.2.1.7.1 Exemplo 1 ................................................................................................. 52

1.2.1.7.2 Exemplo 2 ................................................................................................. 53

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba II

1.2.1.8 Resistência na partida ............................................................................... 54

1.2.1.9 Fórmulas de Davis ..................................................................................... 56

1.2.2 Resistências ocasionais ............................................................................. 61

1.2.2.1 Resistência de rampa ................................................................................ 62

1.2.2.1.1 Exemplo .................................................................................................... 64

1.2.2.2 Sensibilidade ao perfil ............................................................................... 65

1.2.2.3 Resistência de curvatura ............................................................................ 67

1.2.2.3.1 Solidariedade entre rodas e eixo ............................................................... 68

1.2.2.3.2 Rigidez dos truques .................................................................................. 70

1.2.2.3.3 Superlargura ............................................................................................. 73

1.2.2.4 Perfil compensado ..................................................................................... 74

1.2.2.4.1 Exemplo 1 ................................................................................................. 75

1.2.2.5 Rampa compensada .................................................................................. 76

1.2.2.5.1 Exemplo 2 ................................................................................................. 77

1.2.2.6 Perfil equivalente....................................................................................... 78

1.2.2.6.1 Exemplo .................................................................................................... 79

1.2.2.7 Superelevação ........................................................................................... 80

1.2.2.8 Resistência devido à aceleração do trem .................................................... 82

1.2.2.9 Movimentos parasitas ............................................................................... 84

1.2.2.9.1 Os movimentos parasitas segundo o eixo dos X ........................................ 85

1.2.2.9.2 Os movimentos parasitas segundo o eixo dos Y ........................................ 86

1.2.2.9.3 Os movimentos parasitas segundo o eixo dos Z ........................................ 87

1.2.2.10 Comportamento mecânico dos veículos sobre os trilhos ........................... 88

1.2.2.11 Cálculo do esforço resistente de um trem ................................................. 91

1.2.2.11.1 Exemplo .................................................................................................... 92

1.3 Força de tração ....................................................................................... 103

1.3.1 Força de tração desenvolvida por uma locomotiva diesel-elétrica ............. 106

1.3.1.1 Exemplo 1 ............................................................................................... 109

1.3.1.2 Exemplo 2 ............................................................................................... 110

1.3.1.3 Exemplo 3 ............................................................................................... 111

1.3.1.4 Exemplo 4 ............................................................................................... 112

1.3.2 Força de tração na partida ....................................................................... 113

1.3.2.1 Exemplo .................................................................................................. 114

1.3.3 Curvas de esforço de tração de uma locomotiva diesel-elétrica ................ 115

1.3.4 Força de tração em marcha ..................................................................... 119

1.3.4.1 Exemplo 1 ............................................................................................... 121

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba III

1.3.4.2 Exemplo 2 ............................................................................................... 125

1.4 Força de frenagem .................................................................................. 129

1.4.1 Dinâmica da frenagem ............................................................................ 131

1.4.2 Força de frenagem .................................................................................. 133

1.4.3 As leis do atrito aplicadas à frenagem ..................................................... 135

1.4.4 Demanda de aderência na frenagem ....................................................... 136

2 Estrutura das locomotivas diesel-elétricas ............................................... 137

2.1 Locomotivas diesel-elétricas .................................................................... 138

2.2 Truques .................................................................................................. 142

2.2.1 Conjunto motor/rodeiro .......................................................................... 143

2.2.1.1 Eixo do rodeiro ....................................................................................... 144

2.2.1.2 Rodas ..................................................................................................... 145

2.2.1.3 Mancais .................................................................................................. 146

2.2.1.4 Engrenamento ......................................................................................... 149

2.2.1.4.1 Engrenagem ............................................................................................ 150

2.2.1.4.2 Pinhão .................................................................................................... 151

2.2.1.4.3 Caixa de engrenagens ............................................................................. 155

2.2.1.5 Mancal de apoio do motor de tração ....................................................... 157

2.2.1.6 Tipos de Conjunto motor/rodeiro ........................................................... 160

2.2.2 Estrutura do truque ................................................................................. 161

2.2.3 Travessa flutuante (Bolster) ..................................................................... 162

2.2.4 Travessa flutuante intermediária (Span bolster) ....................................... 164

2.2.5 Montagem do conjunto motor/rodeiro no truque .................................... 165

2.2.5.1 Amortecedor de nariz e queixo do motor de tração ................................. 166

2.2.6 Suspensão .............................................................................................. 167

2.2.6.1 Suspensão primária ................................................................................. 168

2.2.6.2 Suspensão secundária ............................................................................. 170

2.2.7 Timoneria de freio .................................................................................. 171

2.2.7.1 Freio manual ........................................................................................... 172

2.2.8 Areeiros .................................................................................................. 173

2.2.9 Tipos de Truques .................................................................................... 174

2.2.10 Classificação das locomotivas ................................................................. 179

2.3 Plataforma .............................................................................................. 181

2.3.1.1 Dutos de ar dos motores de tração ......................................................... 186

2.3.2 Testeiras ................................................................................................. 187

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba IV

2.3.2.1 Caixa do aparelho de choque e tração ..................................................... 188

2.3.2.2 Limpa Trilhos .......................................................................................... 189

2.3.2.3 Engates ................................................................................................... 190

2.3.2.4 Tomadas jumper ..................................................................................... 192

2.3.3 Escadas ................................................................................................... 193

2.4 Cabinas ................................................................................................... 194

2.4.1 Cabina principal ...................................................................................... 195

2.4.2 Cabina do motor diesel ........................................................................... 197

2.4.3 Cabina do radiador de resfriamento ........................................................ 198

2.4.4 Número de ordem ................................................................................... 199

2.4.5 Faróis ...................................................................................................... 200

2.4.6 Tanque de combustível ........................................................................... 201

2.4.7 Reservatório de ar ................................................................................... 203

2.4.7.1 Secador de ar .......................................................................................... 204

2.4.8 Buzina e sino .......................................................................................... 205

2.5 Dimensões da locomotiva ....................................................................... 206

2.5.1 Características da locomotiva .................................................................. 208

2.5.2 Gabarito da ferrovia ................................................................................ 209

2.5.2.1 Gabarito do corredor centro da FCA ........................................................ 210

2.5.2.2 Gabarito da EFVM .................................................................................... 211

3 Motor Diesel Ferroviário .......................................................................... 213

3.1 Introdução .............................................................................................. 214

3.2 Princípio de funcionamento ..................................................................... 215

3.3 Características ........................................................................................ 217

3.3.1 Exemplos ................................................................................................ 220

3.4 Partes principais ...................................................................................... 221

3.4.1 Bloco ....................................................................................................... 223

3.4.2 Cárter ..................................................................................................... 225

3.4.3 Eixo de manivelas – eixo virabrequim ...................................................... 226

3.4.4 Eixo de comando de válvulas ................................................................... 228

3.4.5 Conjunto de força ................................................................................... 230

3.4.5.1 Bielas ...................................................................................................... 232

3.4.5.2 Pistão ...................................................................................................... 233

3.4.5.3 Anéis ...................................................................................................... 235

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba V

3.4.5.4 Camisa .................................................................................................... 236

3.4.5.5 Cabeçote ................................................................................................. 238

3.4.5.6 Válvulas .................................................................................................. 240

3.4.5.7 Balancins ................................................................................................ 241

3.4.5.8 Ponte de válvulas .................................................................................... 242

3.5 Ciclos de trabalho ................................................................................... 243

3.5.1 Motor de quatro tempos ......................................................................... 245

3.5.2 1º tempo – Admissão .............................................................................. 247

3.5.3 2º tempo – Compressão .......................................................................... 249

3.5.4 3º tempo - Expansão ou tempo motor ..................................................... 251

3.5.5 4º tempo – Escape ................................................................................... 252

3.5.6 4º tempo – Lavagem................................................................................ 254

3.5.7 Motor de dois tempos ............................................................................. 256

3.5.7.1 1º Tempo - Admissão e lavagem ............................................................. 258

3.5.7.2 1º Tempo – Compressão ......................................................................... 259

3.5.7.3 2º tempo - Combustão ............................................................................ 260

3.5.7.4 2º Tempo – Escape .................................................................................. 262

3.6 Sistemas do motor diesel ........................................................................ 263

3.6.1 Sistema de óleo lubrificante .................................................................... 265

3.6.1.1 Lubrificação ............................................................................................ 266

3.6.1.2 Função do lubrificante ............................................................................ 267

3.6.1.3 Funcionamento do sistema de óleo lubrificante ....................................... 268

3.6.2 Sistema de arrefecimento ........................................................................ 273

3.6.2.1 Funcionamento ....................................................................................... 274

3.6.3 Sistema de ar de admissão ...................................................................... 282

3.6.3.1 Motores soprados ................................................................................... 283

3.6.3.2 Motores turbo alimentados ..................................................................... 284

3.6.3.2.1 Descrição ................................................................................................ 285

3.6.3.3 Sistema de lubrificação do turbo alimentador .......................................... 291

3.6.4 Sistema de exaustão ............................................................................... 293

3.6.5 Sistema de combustível ........................................................................... 294

3.6.5.1 Injetores de combustível ......................................................................... 298

3.6.5.2 Governador e controle da rotação do motor diesel .................................. 301

3.6.5.3 Equipamentos de proteção do motor diesel ............................................. 308

3.6.5.4 Conjunto detector de baixo nível de água e baixa pressão no cárter ....... 313

3.6.5.5 Sistema de injeção eletrônica .................................................................. 316

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba VI

4 Sistema de Transmissão Elétrica .............................................................. 319

4.1 Introdução .............................................................................................. 320

4.2 Tipos de locomotivas diesel-elétricas ...................................................... 329

4.2.1 Gerador de tração ................................................................................... 330

4.2.2 Circuito de controle de excitação e potência ........................................... 331

4.3 Locomotiva diesel-elétrica do tipo DC-DC – gerador principal .................. 336

4.3.1 Gerador principal .................................................................................... 338

4.4 Locomotiva diesel-elétrica do tipo DC-DC – excitatriz+gerador ................ 342

4.4.1 Excitatriz ................................................................................................. 343

4.4.2 Gerador principal .................................................................................... 344

4.4.3 Circuito de controle de excitação e potência ........................................... 345

4.5 Locomotiva diesel-elétrica do tipo AC-DC – excitatriz+alternador ............ 347

4.5.1 Alternador principal ................................................................................ 348

4.5.2 Retificador .............................................................................................. 351

4.6 Locomotiva diesel-elétrica do tipo AC-DC – alternador+alternador ........... 357

4.6.1 Alternador auxiliar .................................................................................. 358

4.6.2 Gerador de tração em corrente alternada ................................................ 360

4.6.3 Sistema de proteção por relé de terra ...................................................... 361

4.7 Locomotiva diesel-elétrica do tipo AC-DC microprocessada ..................... 363

4.7.1 Circuito microprocessado de controle de excitação e potência ................ 364

4.7.2 Microcomputadores principais ................................................................ 367

4.7.3 Painéis de display do operador ................................................................ 371

4.7.4 Governador eletrônico e injeção eletrônica .............................................. 373

4.8 Locomotiva diesel-elétrica do tipo AC-DC-AC ........................................... 374

5 Motores Elétricos de Tração .................................................................... 377

5.1 Introdução .............................................................................................. 378

5.2 Motores em corrente contínua ................................................................. 381

5.2.1 Estator .................................................................................................... 382

5.2.2 Rotor ....................................................................................................... 386

5.2.3 Motor em corrente contínua com excitação série ..................................... 391

5.2.3.1 Conjugado no eixo do motor................................................................... 392

5.2.3.2 Esforço de tração no rodeiro ................................................................... 396

5.2.3.3 Esforço de tração da locomotiva .............................................................. 398

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba VII

5.2.4 Sentido de rotação do motor de tração .................................................... 401

5.2.5 Ligação dos motores de tração ................................................................ 402

5.2.5.1 Ligação dos motores de tração em paralelo ............................................. 403

5.2.5.2 Ligação dos motores de tração em série-paralelo .................................... 404

5.2.5.3 Transição ................................................................................................ 405

5.3 Frenagem elétrica ................................................................................... 411

5.3.1 Frenagem regenerativa ............................................................................ 412

5.3.2 Frenagem dinâmica ................................................................................. 413

5.3.3 Força de frenagem dinâmica ................................................................... 416

5.3.4 Frenagem dinâmica de faixa estendida .................................................... 421

5.4 Perfil térmico dos motores de tração ....................................................... 424

5.5 Motores em corrente alternada ............................................................... 428

5.5.1 Motor de indução .................................................................................... 430

5.5.1.1 Estator .................................................................................................... 431

5.5.1.2 Rotor ...................................................................................................... 432

5.5.1.3 Campo magnético girante ....................................................................... 433

5.5.1.4 Velocidade Síncrona ................................................................................ 436

5.5.1.5 Escorregamento ...................................................................................... 437

5.5.1.5.1 Exemplo .................................................................................................. 438

5.5.1.6 Curva conjugado x velocidade ................................................................. 439

5.5.2 Controle de velocidade do motor de indução .......................................... 440

5.5.3 O inversor ............................................................................................... 445

5.5.3.1 Inversor trifásico em ponte ..................................................................... 447

5.5.3.2 Sequência de acionamento das chaves estáticas ...................................... 448

5.5.3.3 Escolha do modo de comando das chaves estáticas ................................. 455

5.5.4 Chaves estáticas eletrônicas .................................................................... 462

5.5.4.1 Comparação dos dispositivos semicondutores de potência ..................... 464

5.5.4.2 O IGBT .................................................................................................... 466

5.5.4.2.1 Estrutura física ........................................................................................ 468

5.5.4.3 IGBT comercial ........................................................................................ 469

5.5.5 Aplicação do IGBT no inversor de tensão imposta.................................... 472

5.5.6 Motor de indução trifásico alimentado por um inversor ........................... 474

5.5.6.1 Acionamento do motor de indução com inversores de tensão

constante ................................................................................................ 476

5.5.7 Controle vetorial ..................................................................................... 482

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba VIII

5.5.8 Sentido de rotação .................................................................................. 485

5.5.9 Frenagem dinâmica ................................................................................. 486

5.5.10 Motor em corrente contínua ou em corrente alternada? ........................... 491

5.5.10.1 Porque não se adota o motor de tração em corrente alternada ................ 492

5.5.10.2 Porque se deve adotar o motor em corrente alternada ............................. 493

6 Modos de Tração ..................................................................................... 497

6.1 Tipos de serviço ...................................................................................... 498

6.2 Locomotivas de manobra ........................................................................ 499

6.2.1 Locomotivas híbridas .............................................................................. 500

6.2.1.1 Vantagens ............................................................................................... 502

6.2.2 Locomotivas adaptadas ........................................................................... 503

6.2.2.1 Definições ............................................................................................... 504

6.2.2.2 Composição ............................................................................................ 506

6.2.2.3 Vantagens ............................................................................................... 508

6.2.2.4 Considerações gerais .............................................................................. 509

6.3 Operação em tração múltipla................................................................... 511

6.3.1 Operação em tração múltipla com locomotivas de diferentes tipos .......... 512

6.3.2 Exemplo .................................................................................................. 513

6.4 Controlador automático de potência – CAP .............................................. 514

6.4.1 Descrição do funcionamento ................................................................... 516

6.4.2 Vantagens e desvantagens ...................................................................... 519

6.4.3 Algoritmo de controle ............................................................................. 520

6.5 Tração distribuída ................................................................................... 522

6.5.1 Como funciona ........................................................................................ 528

6.5.2 Tração múltipla x Tração distribuída ....................................................... 529

6.5.3 Performance da tração distribuída ........................................................... 531

6.5.3.1 Ganhos em curvas ................................................................................... 532

6.5.3.2 Ganhos em rampas ................................................................................. 533

6.5.3.3 Ganhos no Desmembramento ................................................................. 534

6.5.3.4 Ganhos nos tempos de operação ............................................................. 535

6.5.3.5 Ganhos nos custos de operação .............................................................. 536

6.5.3.6 Ganho no consumo de combustível ......................................................... 537

6.5.4 Processo de “Linkagem” .......................................................................... 538

6.5.4.1 Operação em túneis ................................................................................ 540

6.5.4.2 Problemas ............................................................................................... 541

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba IX

6.5.5 Locotrol .................................................................................................. 543

6.5.5.1 Descrição funcional ................................................................................. 544

6.5.5.2 Descrição operacional ............................................................................. 546

7 Referência Bibliográficas ......................................................................... 547

7.1 Livros ...................................................................................................... 548

7.2 Apostilas e notas de aula ........................................................................ 550

7.3 Cursos e seminários ................................................................................ 552

7.4 Monografias e Teses ............................................................................... 553

7.5 Artigos .................................................................................................... 555

7.6 Informações técnicas .............................................................................. 557

7.7 Manuais .................................................................................................. 558

7.8 Instruções de manutenção - MI ................................................................ 560

7.9 Normas Técnicas ..................................................................................... 563

7.10 Sites ........................................................................................................ 565

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba X

Pós-Graduação em Engenharia Ferroviária Mecânica de Locomotivas

PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba XI

Figuras Figura 1.1 Rodas de aço que rolam sobre trilhos de aço ............................................ 2

Figura 1.2 Superfície rugosa ...................................................................................... 3

Figura 1.3 Corpo metálico em repouso sobre uma superfície horizontal .................... 3

Figura 1.4 Pontos de contato ..................................................................................... 3

Figura 1.5 A roda metálica cilíndrica desliza sobre uma superfície horizontal ............ 5

Figura 1.6 A velocidade linear de cada partícula da roda ............................................ 5

Figura 1.7 A roda metálica cilíndrica rola sobre uma superfície horizontal ................. 6

Figura 1.8 A roda está girando em torno de um eixo perpendicular ........................... 6

Figura 1.9 Velocidade linear de cada partícula da roda............................................... 6

Figura 1.10 Força de atrito cinético.............................................................................. 7

Figura 1.11 Força de aderência .................................................................................... 7

Figura 1.12 Efeito do deslizamento da roda ................................................................. 8

Figura 1.13 Roda apoiada sobre o trilho no ponto de contato �� ................................... 9

Figura 1.14 ���� é equilibrado pela reação de apoio �� ................................................... 9

Figura 1.15 Aplicação do conjugado motor ���� .......................................................... 10

Figura 1.16 Decomposição do conjugado motor ........................................................ 10

Figura 1.17 Sentido de deslocamento ........................................................................ 11

Figura 1.18 Força resistente ���� .................................................................................. 11

Figura 1.19 Força de aderência .................................................................................. 11

Figura 1.20 Força de tração capaz de colocar o rodeiro em movimento ..................... 13

Figura 1.21 Heinrich Rudolf Hertz .............................................................................. 17

Figura 1.22 Elipse de Hertz ........................................................................................ 18

Figura 1.23 Contato roda-trilho ................................................................................. 18

Figura 1.24 Roda em contato com o trilho sem nenhuma carga ................................. 19

Figura 1.25 Roda em contato com o trilho com carga ................................................ 19

Figura 1.26 Deslocamento da área de aderência ........................................................ 20

Figura 1.27 Locomotiva estacionária .......................................................................... 26

Figura 1.28 Locomotiva puxando o trem.................................................................... 26

Figura 1.29 Distribuição de carga nos eixos .............................................................. 27

Figura 1.30 Contato roda-trilho com a roda em movimento ....................................... 29

Figura 1.31 Variação da aderência com a velocidade segundo Parodi ......................... 30

Figura 1.32 Variação da aderência com a velocidade segundo Curtius e Kniffler ........ 31

Figura 1.33 Variação da aderência com a velocidade segundo a ABA ......................... 32

Figura 1.34 Calo de roda ........................................................................................... 33

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PUC MINAS - IEC / FCA Professor: José Luiz Borba XII

Figura 1.35 Desgastes anormais nos trilhos ............................................................... 33

Figura 1.36 Sistema de areeiros ................................................................................. 34

Figura 1.37 Bico do areeiro ........................................................................................ 34

Figura 1.38 Areia utilizada no sistema de areeiros ..................................................... 35

Figura 1.39 Deslocamento da área de aderência até o centro da superfície de

contato ................................................................................................... 36

Figura 1.40 Deslocamento da área de aderência após ultrapassar o centro da

superfície de contato ............................................................................... 37

Figura 1.41 Curvas de “creep” sob várias condições dos trilhos .................................. 37

Figura 1.42 Resistência ao movimento ....................................................................... 39

Figura 1.43 Forças aplicadas sobre os mancais .......................................................... 42

Figura 1.44 Forças aplicadas sobre os rolos do rolamento ......................................... 42

Figura 1.45 Deformação do trilho devida a carga no eixo ........................................... 43

Figura 1.46 Deformação do trilho entre dois dormentes ............................................ 44

Figura 1.47 Deformação do trilho causada pela resiliência do leito ferroviário ........... 44

Figura 1.48 Volume de ar a ser deslocado .................................................................. 45

Figura 1.49 Engates ligando duas locomotivas e ligando uma locomotiva e um

vagão ...................................................................................................... 46

Figura 1.50 Pinagem do engate no aparelho de choque e tração ................................ 46

Figura 1.51 Tração animal com trenó ......................................................................... 48

Figura 1.52 Tração animal com carroça...................................................................... 48

Figura 1.53 Plano inclinado ........................................................................................ 62

Figura 1.54 Plano inclinado ........................................................................................ 65

Figura 1.55 Trem se deslocando num trecho em curva .............................................. 67

Figura 1.56 Ataque de um rodeiro aos trilhos na curva .............................................. 68

Figura 1.57 Truque rígido .......................................................................................... 70

Figura 1.58 Ataque do truque rígido aos trilhos na curva ........................................... 70

Figura 1.59 Dimensões dos truques rígidos ............................................................... 70

Figura 1.60 Ataque do truque rígido aos trilhos na curva ........................................... 71

Figura 1.61 Ataque do truque de inscrição radial aos trilhos na curva ........................ 71

Figura 1.62 Perfil da ferrovia sob o trem .................................................................... 79

Figura 1.63 Via ferroviária estabelecida num plano horizontal ................................... 80

Figura 1.64 Superelevação ......................................................................................... 80

Figura 1.65 O vagão e os três eixos de liberdade ....................................................... 84

Figura 1.66 Movimento de auto-excitação de um rodeiro ........................................... 88

Figura 1.67 Curvas dos esforços normais do trem com vagão vazio ........................... 97

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Figura 1.68 Curvas dos esforços normais do trem com vagão carregado ................... 97

Figura 1.69 Curvas de esforços ocasionais do trem com vagão carregado .................. 99

Figura 1.70 Deslocamento do corpo provocado por uma força �� ............................. 103

Figura 1.71 Força de tração aplicada ao eixo de um rodeiro .................................... 104

Figura 1.72 Força de tração ..................................................................................... 104

Figura 1.73 Cadeia de transferência da potência disponível ..................................... 106

Figura 1.74 Curva de esforço de tração x velocidade ............................................... 115

Figura 1.75 Curvas de esforço de tração x velocidade .............................................. 116

Figura 1.76 Curvas de esforço de tração x Velocidade por ponto de aceleração ....... 117

Figura 1.77 Limite estabelecido pela aderência disponível ....................................... 118

Figura 1.78 Curvas de esforço de tração e de resistência ao movimento .................. 119

Figura 1.79 Pontos notáveis ..................................................................................... 120

Figura 1.80 Gráficos da trajetória e dos pontos de aceleração da locomotiva ........... 121

Figura 1.81 Operação do trem ................................................................................. 122

Figura 1.82 Curva de velocidade desenvolvida pela locomotiva ................................ 124

Figura 1.83 Gráficos da trajetória e dos pontos de aceleração da locomotiva ........... 125

Figura 1.84 Operação do trem ................................................................................. 126

Figura 1.85 Curva de velocidade desenvolvida pela locomotiva ................................ 128

Figura 1.86 Força de frenagem .................................................................................... 129

Figura 1.87 Sistema de freio pneumático ................................................................. 129

Figura 1.88 Força de inércia .................................................................................... 131

Figura 1.89 Força de frenagem ................................................................................ 131

Figura 1.90 Calo de roda ......................................................................................... 134

Figura 2.1 Locomotiva diesel-mecânica .................................................................. 138

Figura 2.2 Distribuição percentual da frota mundial de locomotivas diesel ............ 139

Figura 2.3 Locomotiva de passageiros Zephyr ........................................................ 140

Figura 2.4 Locomotiva diesel-elétrica ..................................................................... 140

Figura 2.5 Locomotiva diesel-elétrica em corte ...................................................... 141

Figura 2.6 Eixo do rodeiro ..................................................................................... 144

Figura 2.7 Rodas ................................................................................................... 145

Figura 2.8 Processo de usinagem da roda num torno de subsolo ........................... 145

Figura 2.9 Caixa do Rolamento .............................................................................. 146

Figura 2.10 Gaiola e rolos cilíndricos ....................................................................... 146

Figura 2.11 Rolamento tipo cartucho ....................................................................... 147

Figura 2.12 Vista em corte do rolamento tipo cartucho ............................................ 147

Figura 2.13 Vista parcial do rolamento tipo cartucho ............................................... 147

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Figura 2.14 Caixa do rolamento ............................................................................... 148

Figura 2.15 Pinhão e engrenagem ............................................................................ 149

Figura 2.16 Engrenagem .......................................................................................... 150

Figura 2.17 Método de medição da folga da engrenagem ........................................ 150

Figura 2.18 Pinhões de 18 e de 13 dentes ............................................................... 151

Figura 2.19 Pinhão instalado na ponta do eixo do motor de tração .......................... 151

Figura 2.20 Desgastes dos dentes do pinhão por falta de lubrificação ..................... 152

Figura 2.21 Pinhões com dente quebrado ................................................................ 152

Figura 2.22 Pinhão cortado devido ao travamento do rolamento do motor ............... 152

Figura 2.23 Pinhão trincado ..................................................................................... 153

Figura 2.24 Pinhão avariado ..................................................................................... 153

Figura 2.25 Eixo do motor quebrado ....................................................................... 153

Figura 2.26 O pinhão possui dentes ligeiramente cônicos ........................................ 154

Figura 2.27 Pinhão integrado ................................................................................... 154

Figura 2.28 As duas metades da caixa de graxa ....................................................... 155

Figura 2.29 Caixa de graxa completa ....................................................................... 155

Figura 2.30 Anel de vedação da caixa de graxa ........................................................ 155

Figura 2.31 Motor com mancais de apoio de fricção ................................................ 157

Figura 2.32 Alojamento do mancal de apoio de fricção ............................................ 157

Figura 2.33 Casquilhos dos mancais de apoio de fricção .......................................... 157

Figura 2.34 Escova de lubrificação do mancal .......................................................... 158

Figura 2.35 Reservatório de óleo ............................................................................. 158

Figura 2.36 Motor com mancal de rolamentos ......................................................... 158

Figura 2.37 Tubo U .................................................................................................. 159

Figura 2.38 Montagem de um conjunto de fricção ................................................... 160

Figura 2.39 Montagem de um conjunto de rolamentos ............................................ 160

Figura 2.40 Estrutura de um truque ......................................................................... 161

Figura 2.41 Formas de truque .................................................................................. 162

Figura 2.42 Chapas de desgaste .............................................................................. 162

Figura 2.43 Prato ..................................................................................................... 163

Figura 2.44 Spanbolster ........................................................................................... 164

Figura 2.45 Ampara-balanço do spanbolster ............................................................ 164

Figura 2.46 Conjunto motor/rodeiro montado no truque ......................................... 165

Figura 2.47 Nariz e queixo do motor de tração ........................................................ 166

Figura 2.48 Amortecedor do nariz e queixo ............................................................. 166

Figura 2.49 Motor detração apoiado sobre o coxim ................................................. 166

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Figura 2.50 Suspensão primária ............................................................................... 168

Figura 2.51 Amortecedores telescópicos .................................................................. 169

Figura 2.52 Molas helicoidais e coxins de borracha e aço ........................................ 170

Figura 2.53 Ampara-balanço do bolster ................................................................... 170

Figura 2.54 Cilindro e timoneria de freio ................................................................. 171

Figura 2.55 Ajustador de freio da locomotiva........................................................... 171

Figura 2.56 Freio de mão ......................................................................................... 172

Figura 2.57 Corrente diretamente ligada ao mecanismo de freio .............................. 172

Figura 2.58 Caixa de areia ....................................................................................... 173

Figura 2.59 Areia soprada através do bico do areeiro............................................... 173

Figura 2.60 Bico do areeiro ...................................................................................... 173

Figura 2.61 Truque B ............................................................................................... 174

Figura 2.62 Truque C ............................................................................................... 174

Figura 2.63 Truque D .............................................................................................. 174

Figura 2.64 Truque D .............................................................................................. 175

Figura 2.65 Truque rígido ........................................................................................ 175

Figura 2.66 Truque articulado ................................................................................. 175

Figura 2.67 Truque de alto desempenho para locomotiva DC .................................. 176

Figura 2.68 Truque de alto desempenho para locomotiva AC ................................... 176

Figura 2.69 Truque de alto desempenho para locomotiva chinesa ........................... 177

Figura 2.70 1- Pino central; 2- Pino luva de tração; 3- Pino junção de tração; 4-

Haste do laço da tração; 5- Castanha..................................................... 177

Figura 2.71 Truque de alta performance .................................................................. 178

Figura 2.72 Truque radial ........................................................................................ 178

Figura 2.73 Locomotiva B ........................................................................................ 179

Figura 2.74 Locomotivas C ...................................................................................... 179

Figura 2.75 Locomotiva D ........................................................................................ 179

Figura 2.76 Locomotiva BoBo ................................................................................... 180

Figura 2.77 Plataforma ............................................................................................ 181

Figura 2.78 Detalhes da viga principal ..................................................................... 182

Figura 2.79 Detalhes da plataforma ......................................................................... 183

Figura 2.80 Conjunto prato pião .............................................................................. 184

Figura 2.81 Viga agulha ........................................................................................... 184

Figura 2.82 Olhais de içamento e utilização dos macacos ........................................ 185

Figura 2.83 Descarga de locomotivas no porto ........................................................ 185

Figura 2.84 Saída para o duto dear .......................................................................... 186

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Figura 2.85 Duto de ar ............................................................................................. 186

Figura 2.86 Testeiras ............................................................................................... 187

Figura 2.87 Equipamentos instalados na testeira ..................................................... 187

Figura 2.88 Aparelho de choque e tração ................................................................. 188

Figura 2.89 Bolsa do aparelho de choque e tração ................................................... 188

Figura 2.90 Limpa-trilhos ......................................................................................... 189

Figura 2.91 Engates ................................................................................................. 190

Figura 2.92 Chapa de desgaste do engate ................................................................ 190

Figura 2.93 Acoplamento de uma locomotiva a um vagão ........................................ 190

Figura 2.94 Curva de raio muito pequeno e levantamento da roda ........................... 191

Figura 2.95 Cabo jumper ......................................................................................... 192

Figura 2.96 Tomada jumper ..................................................................................... 192

Figura 2.97 Escadas ................................................................................................. 193

Figura 2.98 Cabina principal .................................................................................... 195

Figura 2.99 Pedestal de controle lateral ................................................................... 196

Figura 2.100 Pedestal de controle frontal ................................................................... 196

Figura 2.101 Cabina do motor diesel ......................................................................... 197

Figura 2.102 Capota da cabina do motor diesel ......................................................... 197

Figura 2.103 Cabina dos radiadores de resfriamento ................................................. 198

Figura 2.104 Número de ordem ................................................................................. 199

Figura 2.105 Faróis .................................................................................................... 200

Figura 2.106 Ditch light ............................................................................................. 200

Figura 2.107 Tanque de combustível localizado entre os truques .............................. 201

Figura 2.108 Tanque de combustível ......................................................................... 201

Figura 2.109 Visor de nível ........................................................................................ 201

Figura 2.110 Quebra ondas ....................................................................................... 202

Figura 2.111 Dreno do tanque de combustível ........................................................... 202

Figura 2.112 Janelas de inspeção do tanque de combustível ...................................... 202

Figura 2.113 Cilindro de freio instalado sobre e a frente do tanque de

combustível .......................................................................................... 203

Figura 2.114 Secador de ar ........................................................................................ 204

Figura 2.115 Buzina ................................................................................................... 205

Figura 2.116 Sino ...................................................................................................... 205

Figura 2.117 Vistas lateral, frontal e traseira de uma locomotiva ............................... 206

Figura 2.118 Dimensões da locomotiva ..................................................................... 207

Figura 2.119 Dispositivo de verificação de inscrição no gabarito ................................ 209

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Figura 2.120 Gabarito do Corredor Centro da FCA ..................................................... 210

Figura 2.121 Gabarito da EFVM .................................................................................. 211

Figura 3.1 Motor patenteado por Rudolf Diesel ...................................................... 214

Figura 3.2 Motor de pequeno porte em corte ......................................................... 221

Figura 3.3 Motor de dois tempos em corte ............................................................ 222

Figura 3.4 Motor de quatro tempos em corte ......................................................... 222

Figura 3.5 Bloco em chapas de aço soldadas.......................................................... 224

Figura 3.6 Bloco em ferro fundido cinzento ........................................................... 224

Figura 3.7 Tipos de cárter ...................................................................................... 225

Figura 3.8 Eixos virabrequim de duas seções ......................................................... 226

Figura 3.9 Mancais fixos ........................................................................................ 226

Figura 3.10 Casquilho com desgaste ....................................................................... 227

Figura 3.11 Excêntricos do eixo de comando de válvulas ......................................... 228

Figura 3.12 Segmentos de eixos de comando de válvulas ........................................ 228

Figura 3.13 Componentes do conjunto de força....................................................... 230

Figura 3.14 Conjunto de força completo de um motor de dois tempos .................... 230

Figura 3.15 Conjunto de força em corte de um motor de quatro tempos ................. 231

Figura 3.16 Conjuntos de força sendo montados no bloco de um motor .................. 231

Figura 3.17 Biela mestra e biela articulada ............................................................... 232

Figura 3.18 Biela garfo e biela faca .......................................................................... 232

Figura 3.19 Vista da saia e da coroa do pistão ......................................................... 233

Figura 3.20 Vista da saia e da coroa do pistão ......................................................... 233

Figura 3.21 Carregador............................................................................................ 234

Figura 3.22 Posicionamento dos anéis de segmento ................................................ 235

Figura 3.23 Camisa de um motor de dois tempos .................................................... 236

Figura 3.24 Camisa de um motor de quatro tempos ................................................ 237

Figura 3.25 Vista das partes superior e inferior do cabeçote .................................... 238

Figura 3.26 Vista interna do cabeçote ...................................................................... 238

Figura 3.27 Fixação dos conjuntos de força no bloco ............................................... 239

Figura 3.28 Válvulas ................................................................................................ 240

Figura 3.29 Balancins .............................................................................................. 241

Figura 3.30 Ponte de válvulas .................................................................................. 242

Figura 3.31 Ponte válvulas instalada no motor ......................................................... 242

Figura 3.32 Diagrama pressão x volume do ciclo de trabalho de um motor diesel

ideal ..................................................................................................... 243

Figura 3.33 Ciclo de trabalho de um motor de quatro tempos ................................. 245

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Figura 3.34 Esquemático do cilindro de um motor de quatro tempos ....................... 245

Figura 3.35 Ângulos de giro do eixo virabrequim de um motor de quatro tempos ... 246

Figura 3.36 O pistão está em seu movimento descendente a ����° do PMI .................. 247

Figura 3.37 O pistão atingiu seu PMI ........................................................................ 247

Figura 3.38 O pistão está em seu movimento ascendente a ����° do PMI .................... 248

Figura 3.39 A válvula de admissão é fechada ........................................................... 249

Figura 3.40 O pistão comprime a ar contido no cilindro ........................................... 249

Figura 3.41 O injetor pulveriza combustível no cilindro ........................................... 250

Figura 3.42 Nos motores com EFI a injeção do combustível se dá a partir de ����°

antes do PMS ........................................................................................ 250

Figura 3.43 O combustível queima-se espontaneamente .......................................... 251

Figura 3.44 Os gases expandem-se e empurram o pistão para baixo ....................... 251

Figura 3.45 A válvula de escape é aberta a ����° do PMI ............................................. 252

Figura 3.46 O pistão inicia um novo movimento ascendente .................................... 252

Figura 3.47 O pistão em seu movimento ascendente expulsa os gases residuais

da combustão ....................................................................................... 253

Figura 3.48 A válvula de admissão é aberta a ����° antes do PMS ............................... 254

Figura 3.49 Os resíduos da combustão são expulsos para fora do cilindro ............... 254

Figura 3.50 Novo ciclo de trabalho é iniciado ........................................................... 255

Figura 3.51 Ciclo de trabalho de um motor de dois tempos ..................................... 256

Figura 3.52 Esquemático do cilindro de um motor de dois tempos .......................... 256

Figura 3.53 Ângulos de giro do eixo virabrequim de um motor de dois tempos ....... 257

Figura 3.54 O pistão está no PMI ............................................................................. 258

Figura 3.55 As janelas são fechadas e o ar começa a ser comprimido ...................... 259

Figura 3.56 O combustível é pulverizado ................................................................. 260

Figura 3.57 O combustível queima-se espontaneamente .......................................... 260

Figura 3.58 Os gases expandem-se e empurram o pistão para baixo ....................... 261

Figura 3.59 As válvulas de escape são abertas ......................................................... 262

Figura 3.60 Novo ciclo de trabalho é iniciado ........................................................... 262

Figura 3.61 Sistemas do motor diesel ...................................................................... 263

Figura 3.62 Esquemático do sistema de óleo lubrificante ......................................... 268

Figura 3.63 Vareta de medição do nível de óleo no cárter ........................................ 268

Figura 3.64 Esquemático do circuito de óleo lubrificante ......................................... 269

Figura 3.65 Esquemático do sistema de arrefecimento ............................................. 274

Figura 3.66 Bomba centrífuga .................................................................................. 274

Figura 3.67 Bancos de radiadores de resfriamento ................................................... 275

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Figura 3.68 Cabina dos Radiadores de resfriamento ................................................ 275

Figura 3.69 Banco de radiadores com venezianas operadas automaticamente ......... 276

Figura 3.70 Ventilador com acoplamento eletro-hidráulico ....................................... 277

Figura 3.71 Ventilador com acoplamento eletromagnético ....................................... 278

Figura 3.72 Ventilador acionado por motor elétrico ................................................. 279

Figura 3.73 Conjunto de chaves termostáticas ......................................................... 279

Figura 3.74 Sensor de temperatura em estado sólido ............................................... 280

Figura 3.75 Controle eletrônico de acionamento dos ventiladores............................ 280

Figura 3.76 Gradadores de tensão ........................................................................... 281

Figura 3.77 Soprador e turbo alimentador ............................................................... 282

Figura 3.78 Soprador de ar de admissão .................................................................. 283

Figura 3.79 Rotor do soprador ................................................................................. 283

Figura 3.80 Esquemático do sistema de ar de admissão de um motor turbo

alimentado ............................................................................................ 284

Figura 3.81 Filtro de inércia ..................................................................................... 285

Figura 3.82 Tubo purificador de ar .......................................................................... 285

Figura 3.83 Filtros sacola ......................................................................................... 286

Figura 3.84 Conjunto do rotor ................................................................................. 287

Figura 3.85 Turbina acionada por um sistema de engrenagens ................................ 288

Figura 3.86 Conjunto da carcaça do soprador .......................................................... 289

Figura 3.87 Resfriador intermediário ....................................................................... 289

Figura 3.88 Colmeia do resfriador intermediário ...................................................... 290

Figura 3.89 Esquemático do circuito de lubrificação da turbina ................................ 291

Figura 3.90 Sistema de escape ................................................................................. 293

Figura 3.91 Esquemático do sistema de combustível ............................................... 295

Figura 3.92 Bomba de transferência de combustível ................................................ 295

Figura 3.93 Visor de retorno .................................................................................... 296

Figura 3.94 Bicos injetores e bombas injetoras ........................................................ 297

Figura 3.95 Injetor de combustível .......................................................................... 298

Figura 3.96 Vista interna do injetor de combustível ................................................. 298

Figura 3.97 Governador de locomotivas GE e EMD ................................................... 301

Figura 3.98 Diagrama interno do governador........................................................... 303

Figura 3.99 Diagrama simplificado do governador ................................................... 304

Figura 3.100 Solenoides A, B, C e D e o solenoide de sobre passagem O ................... 305

Figura 3.101 Conjunto do servomotor e o potenciômetro .......................................... 306

Figura 3.102 Conjunto detector de baixo nível de água e baixa pressão no cárter ..... 313

comentários (3)
Muito Bom. Obrigado, estava mesmo a procura desta apostila. boa noite
Muito obrigado.
Muito obrigado.
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