BR102017012202A2 - moldura inferior de extremidade para um veículo de trilho composto de aço inoxidável austenítico laminado a frio e método de produção correspondente - Google Patents

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Abstract

moldura inferior de extremidade para um veículo de trilho composto de aço inoxidável austeníticolaminado a frio e método de produção correspondente essa moldura inferior de extremidade (20, 22) compreende um conjunto de cabeçotes (28) e um conjunto de travessas (26) e é feito de material único que consiste de aço inoxidável austenítico laminado a frio.

Description

“MOLDURA INFERIOR DE EXTREMIDADE PARA UM VEÍCULO DE TRILHO, CARRO DE TRILHO, MÉTODO DE PRODUÇÃO PARA PRODUZIR UMA MOLDURA INFERIOR DE EXTREMIDADE PARA UM VEÍCULO DE TRILHO E MÉTODO DE PRODUÇÃO PARA PRODUZIR A CARRO DE TRILHO” Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a uma moldura inferior de extremidade para um veículo de trilho, do tipo que compreende um conjunto de cabeçotes e um conjunto de travessas A invenção se refere adicionalmente a um método de produção para produzir tal moldura inferior de extremidade, um veículo de trilho que compreende tal moldura inferior de extremidade e um método de produção para produzir tal veículo de trilho.
Antecedentes da Invenção [002] Molduras inferiores de extremidade para veículos de trilho são conhecidas. As ditas molduras inferiores de extremidade formam um dentre os componentes principais das carcaças de carro. Os mesmos normalmente têm dois componentes principais: o conjunto de travessas e o conjunto de cabeçotes. O conjunto de cabeçotes se destina a sustentar as cargas que chegam a partir do acoplador e também do anti-escalador. O conjunto de travessas é projetado para resistir a cargas provenientes da interface com o bogie, tal como cargas verticais localizadas nas localizações de mola pneumática, cargas do amortecedor e de barras de antirrolamento e também a carga acidental no pivô central. O conjunto de travessas opera em um ambiente altamente dinâmico e o projeto para fadiga tem importância principal.
[003] Uma dentre as alternativas para material de carros de trilho é o aço inoxidável austenítico, com a aplicação de graus de laminação a frio. O custo de ciclo de vida do seu material é normalmente menor que aquela dos materiais alternativos.
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2/13 [004] Embora seja comum usar aço inoxidável austenítico laminado a frio para o restante da moldura inferior, conforme mostrado pelo documento US 2 565 678, as molduras inferiores de extremidade são normalmente compostas de aço-carbono. O aço inoxidável austenítico laminado a frio não é empregado devido ao fato do custo do seu material e das dificuldades encontradas para dotar tal material de uma moldura inferior de extremidade que sustentaria as cargas estáticas e de fadiga às quais a mesma é submetida.
[005] Ainda, tendo a moldura inferior de extremidade composta de aço-carbono resulta em uma diversidade de consequências. Primeiro, para evitar a contaminação de aço-carbono no aço inoxidável austenítico, a fabricação do aço-carbono moldura inferior de extremidade exige uma área completamente segregada, que implica em uma estação completamente separada daquelas com aço inoxidável austenítico ou de um fornecedor externo. Segundo, é necessário pintar a mesma para impedir que a moldura inferior de extremidade seja corroída. Outro problema é que devido às placas mais espessas, todas as juntas de soldagem devem ser feitas a partir de soldagem em arco, que induzem distorção importante no conjunto final que precisam de usinagem para garantir um nivelamento de superfície adequado em algumas localizações, tal como a localização de mola pneumática ou as conexões aparafusadas.
Descrição da Invenção [006] A invenção, portanto, se destina a simplificar o método de fabricação da moldura inferior, de preferência, evitando-se a segregação da fabricação da moldura inferior de extremidade, evitando-se a pintura da moldura inferior de extremidade e evitando-se a usinagem das partes dispostas em conjunto. Outros objetivos da invenção consistem em tornar a moldura inferior de extremidade mais leve e reduzir seus custos.
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3/13 [007] Para essa finalidade, a invenção consiste, ao longo de um primeiro aspecto, em uma moldura inferior de extremidade do tipo mencionado acima, em que a dita moldura inferior de extremidade é composta de um único material que consiste em aço inoxidável austenítico laminado a frio.
[008] De acordo com realizações particulares da invenção, a moldura inferior de extremidade compreende adicionalmente uma ou diversas das funções a seguir, consideradas de forma isolada ou ao longo de qualquer combinação tecnicamente possível de funções:
- a moldura inferior de extremidade compreende diversas peças dispostas em conjunto por soldagem por pontos;
- algumas partes da moldura inferior de extremidade são dispostas em conjunto por soldagem em arco;
- o conjunto de cabeçotes e o conjunto de travessas são conectados em conjunto por parafusos.
[009] A invenção consiste adicionalmente, ao longo de um segundo aspecto, em um carro de trilho que compreende uma moldura inferior de extremidade conforme definido acima.
[010] A invenção também consiste, ao longo de um terceiro aspecto, em um método de produção para produzir uma moldura inferior de extremidade para um veículo de trilho, sendo que a dita moldura inferior compreende um conjunto de cabeçotes e um conjunto de travessas, em que o dito método compreende as etapas de:
- fornecer peças compostas de um único material, sendo que o dito material consiste em aço inoxidável austenítico laminado a frio, e
- dispor as ditas peças em conjunto de modo que a moldura inferior de extremidade seja obtida.
[011] De acordo com realizações particulares da invenção, o método de produção compreende adicionalmente uma ou diversas das funções
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4/13 a seguir, consideradas de forma isolada ou ao longo de qualquer combinação tecnicamente possível de funções:
- a etapa de dispor em conjunto compreende soldar por pontos algumas dentre as peças umas às outras;
- a etapa de dispor em conjunto compreende soldar em arco algumas dentre as peças umas às outras;
- a etapa de dispor em conjunto compreende as seguintes subetapas:
o dispor em conjunto uma primeira parte das peças juntamente de modo que o conjunto de cabeçotes seja formado, o dispor em conjunto uma segunda parte dentre as peças juntamente de modo que o conjunto de travessas seja formado, e o dispor em conjunto o conjunto de cabeçotes com o conjunto de travessas.
[012] A invenção consiste, além disso, ao longo de um quarto aspecto, em um método de produção para produzir um carro de trilho, que compreende uma etapa de produzir uma moldura inferior de extremidade de dito carro de trilho, em que a dita etapa consiste no método de produção conforme definido acima.
Descrição de Realizações da Invenção [013] Outras funções e vantagens da invenção se tornarão mais evidentes mediante a leitura da descrição a seguir, fornecida unicamente como um exemplo e realizada em referência aos desenhos anexos, nos quais:
- A Figura 1 é uma vista explodida de um carro de trilho de acordo com a invenção,
- A Figura 2 é uma vista frontal em perspectiva de três-quartos a partir de cima de um conjunto de travessas do carro de trilho da Figura 1,
- A Figura 3 é uma vista frontal em perspectiva de três-quartos a
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5/13 partir de cima de um detalhe marcado III do conjunto de travessas da Figura 2,
- A Figura 4 é uma vista frontal em perspectiva de três-quartos a partir de cima de um conjunto de cabeçotes do carro de trilho da Figura 1,
- A Figura 5 é uma vista frontal em perspectiva de três-quartos a partir de cima de uma região de acoplador do conjunto de cabeçotes da Figura 4, e
- A Figura 6 é uma vista frontal em perspectiva de três-quartos a partir de cima de uma região amortecedora do conjunto de cabeçotes da Figura 4.
[014] Em seguida, os termos de orientação são definidos com referência ao sistema de coordenadas ortogonal usual dos veículos de trilho, mostrados nas figuras, e em que se distingue:
- um eixo geométrico longitudinal X, orientado da traseira para a frente,
- um eixo geométrico transversal Y, orientado da direita para a esquerda e que define com o eixo geométrico longitudinal X um plano horizontal, e
- um eixo geométrico vertical Z, orientado de baixo para cima, sendo que o dito eixo geométrico vertical Z define com o eixo geométrico longitudinal X um plano longitudinal e com o eixo geométrico transversal Y um plano transversal.
Descrição de Realizações da Invenção [015] O carro de trilho 10 mostrado na Figura 1 compreende, de um modo conhecido, uma moldura inferior 12, duas molduras laterais 14 que se projetam a partir da moldura inferior 12 e que se estendem longitudinalmente, um teto 16 que conecta as molduras laterais 14 opostas à moldura inferior 12 e, pelo menos uma extremidade longitudinal da mesma, uma moldura de extremidade 18 que se estende transversalmente, sendo que a dita moldura de
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6/13 extremidade 18 define uma trajetória longitudinal através do mesmo. O carro de trilho 10 compreende adicionalmente, adicionada à moldura inferior 12, uma primeira moldura inferior de extremidade 20 em uma primeira extremidade longitudinal da mesma, e uma segunda moldura inferior de extremidade 22 em uma segunda extremidade longitudinal da mesma.
[016] No exemplo mostrado, o carro de trilho 10 se destina a constituir um carro de extremidade de um veículo de trilho e, portanto, compreende uma cabine 24 em uma extremidade longitudinal da mesma. Em alternativa (não mostrado), o carro de trilho 10 é destinado a ser posicionado entre dois outros carros de um veículo de trilho e, portanto, compreende uma moldura de extremidade 18 em cada uma de suas extremidades longitudinais.
[017] Cada uma dentre as molduras inferiores de extremidade 20, 22 compreende um conjunto de travessas 26 e um conjunto de cabeçotes 28. O conjunto de cabeçotes 28 e o conjunto de travessas 26 são conectados em conjunto por parafusos.
[018] Com referência à Figura 2, o conjunto de travessas 26 compreende duas vigas longitudinais 30 voltadas uma para a outra e uma ponte transversal 32 que conecta as vigas 30 uma à outra. O conjunto de travessas 26 é substancialmente simétrico em relação a um plano mediano longitudinal M do mesmo. O mesmo também é substancialmente simétrico em relação a um plano mediano transversal N do mesmo.
[019] Com referência à Figura 3, cada viga longitudinal 30 do conjunto de travessas 26 compreende um corpo 34 e uma pluralidade de reforços 36 alojados no corpo 34.
[020] O corpo 34 consiste em uma placa metálica encurvada dividida em uma seção central 38 e duas seções de extremidade 40 posicionadas longitudinalmente em cada lado da seção central 38. A placa metálica encurvada compreende uma porção plana que se estende
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7/13 verticalmente 42 que se estende através das três seções 38, 40. A placa metálica encurvada compreende adicionalmente, nas seções de extremidade 40 apenas, um flange superior 44 e um flange inferior 46 que se projetam para o exterior do conjunto de travessas 26 ou, em outras palavras, de modo oposto à ponte 32, respectivamente a partir de uma borda superior e a partir de uma borda inferior da porção plana 42, sendo que os ditos flanges 44, 46 são substancialmente perpendiculares à porção plana 42. A placa metálica encurvada tem, desse modo, nas seções de extremidade 40, uma abertura em corte transversal em formato de C em direção ao exterior do conjunto de travessas 26.
[021] Os reforços 36 são posicionados nas seções de extremidade 40. Cada um consiste em uma placa metálica encurvada que tem um corpo plano 48 que é substancialmente retangular e, projetando-se a partir de três bordas do corpo 48, de modo substancialmente perpendicular ao dito corpo 48, para a mesma direção, três flanges 50 (apenas dois dos mesmos são visíveis na Figura 3). Cada um desses flanges 50 se une ao corpo 34 da viga 30 e é soldado por pontos ao dito corpo 34, conforme mostrado pela linha pontilhada (linhas pontilhadas similares também são usadas nas Figuras para ilustrar outros casos de soldagem por pontos que serão mencionados na descrição a seguir). Em particular, um dentre os ditos flanges 50 é soldado por pontos à porção plana 42, o outro é soldado por pontos ao flange superior 44, e o terceiro é soldado por pontos ao flange inferior 46.
[022] Retornando para a Figura 2, a ponte 32 compreende uma placa superior 52 que forma uma cobertura da dita ponte 32, uma estrutura inferior 54, e placas 56 que unem a placa superior 52 e a estrutura inferior 54.
[023] A placa superior 52 é substancialmente plana. A mesma se estende sobre a seção central 38 de ambas as vigas longitudinais 30, ao longo de todo o comprimento da dita seção central 38, de modo que uma borda
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8/13 lateral 64 da placa superior 52 seja nivelada com uma borda livre do flange superior 44 do corpo 34 da viga 30.
[024] A estrutura inferior 54 se estende abaixo da seção central 38 de cada viga longitudinal 30, ao longo de todo o comprimento da dita seção central 38, de modo que uma borda lateral 66 da estrutura inferior 54 seja nivelada com uma borda livre do flange inferior 46 do corpo 34 da viga 30.
[025] A seção central 38 de cada viga longitudinal 30 é, desse modo, ensanduichada verticalmente entre a placa superior 52 e a estrutura inferior 54 da ponte 32.
[026] A estrutura inferior 54 é soldada em arco de filete a uma borda inferior da porção plana 42 do corpo 34 da viga 30, na seção central 38 da mesma.
[027] A placa superior 52 e a viga 30 são conectadas em conjunto com o uso de uma placa encurvada com um corte transversal substancialmente em formato de L (não visível). A placa encurvada compreende dois painéis planos que são posicionados de modo substancialmente perpendicular um do outro, incluindo um painel plano horizontal e um painel plano vertical.
[028] O painel plano horizontal une o plano superior 52 e o painel plano vertical une a porção plana 42 do corpo 34 da viga 30. Os painéis planos vertical e horizontal são, por exemplo, soldados por pontos ao plano superior 52 ou à viga 30.
[029] Na realização mostrada na Figura 1, o conjunto de travessas 26 da moldura inferior de extremidade traseira 22 compreende adicionalmente um flange aparafusado que se estende a partir de uma viga longitudinal 30 para a outra em respectivas extremidades livres das vigas longitudinais 30.
[030] O flange aparafusado é, por exemplo, usado para o último
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9/13 conjunto do conjunto de travessas 26 com a cabine 24.
[031] Voltando-se agora para a Figura 4, o conjunto de cabeçotes 28 compreende uma região de acoplador central 160, duas regiões amortecedoras 162 posicionadas lateralmente nos lados da região de acoplador 160, uma viga cruzada 164 que se estende a partir de uma região amortecedora 162 para a outra, e uma estrutura traseira 166. O conjunto de cabeçotes 28 é substancialmente simétrico em relação a um plano mediano longitudinal P do mesmo.
[032] Com referência à Figura 5, a região de acoplador 160 compreende uma placa principal frontal 170 e uma placa principal traseira 172 que ensanduicha em conjunto duas peças sólidas 174.
[033] Cada uma dentre as placas principais frontal e traseira 170, 172 é substancialmente simétrica em relação ao plano mediano longitudinal P, e cada peça sólida 174 é substancialmente simétrica à outra peça sólida 174 em relação ao plano mediano longitudinal P.
[034] A placa principal frontal 170 consiste em uma placa encurvada.
[035] A placa principal frontal 170 tem um orifício atravessante 188 formado na mesma, sendo que o dito orifício atravessante 188 se abre tanto em uma face frontal quanto em uma face traseira da placa principal frontal 170 e tem um corte transversal maior do que 50% da superfície da placa principal frontal 170.
[036] A placa principal traseira 172 tem as mesmas funções que a placa principal frontal 170, incluindo um orifício atravessante 199 formado na mesma.
[037] Os orifícios 188, 199 são alinhados longitudinalmente um com o outro e definem em conjunto uma passagem através da região de acoplador 160.
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10/13 [038] As peças sólidas 174 são posicionadas em lados laterais dos orifícios 188, 199 formados nas placas principais frontal e traseira 170, 172.
[039] Todos os elementos que compõem a região de acoplador
160 são compostos de um único material, sendo que o dito material consiste em aço inoxidável austenítico laminado a frio.
[040] Voltando-se, agora, para a Figura 6, cada região amortecedora 162 compreende uma placa frontal 252, uma placa externa lateral 254 e uma placa superior 256.
[041] Cada região amortecedora 162 compreende adicionalmente uma estrutura interna de reforço (não visível). A estrutura interna de reforço, por exemplo, compreende nervuras.
[042] A placa frontal 252 é substancialmente plana e se estende em um plano transversal.
[043] A placa externa lateral 254 compreende um corpo 260 que é substancialmente plano se estende substancialmente em um plano longitudinal e tem um formato substancialmente retangular.
[044] A placa externa lateral 254 também compreende um flange superior (não mostrado) que une a placa superior 256 e é, em particular, soldado por pontos à dita placa superior 256.
[045] A placa externa lateral 254 compreende adicionalmente um flange frontal (não mostrado) que une uma face traseira da placa frontal 252 e é, em particular, soldado por pontos à dita face traseira.
[046] A placa superior 256 compreende um corpo 262 que é substancialmente plano e se estende, em geral, em um plano horizontal.
[047] O corpo 262 repousa em um respectivo flange superior lateral 202 (Figura 5) da placa principal traseira 172 da região de acoplador 160 e é, em particular, soldado por pontos ao dito respectivo flange superior lateral
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202.
[048] A placa superior 256, compreende adicionalmente um flange frontal (não mostrado) que une a face traseira da placa frontal 252 e é, em particular, soldado por pontos à dita face traseira.
[049] Todos os elementos que compõem a região amortecedora 162, que compreende a placa frontal 252, a placa externa lateral 254 e a placa superior 256, são compostos de um único material, sendo que o dito material consiste em aço inoxidável austenítico laminado a frio.
[050] Todos os elementos que compõem a viga cruzada 164 são compostos de um único material, sendo que o dito material consiste em aço inoxidável austenítico laminado a frio.
[051] A viga cruzada 164 tem duas extremidades. Cada extremidade é soldada em arco de filete a uma região respectiva dentre as regiões amortecedoras 162.
[052] A estrutura traseira 166 é substancialmente simétrica em relação ao plano mediano longitudinal P.
[053] A estrutura traseira 166 é soldada por pontos e/ou soldada em arco de filete a cada região amortecedora 162 e à região de acoplador 160.
[054] A estrutura traseira 166 se estende ao longo de todas as regiões amortecedoras 162 e a região de acoplador 160 ao longo da direção transversal Y.
[055] A estrutura traseira 166 permite notavelmente fornecer resistência ao cabeçote 28 a fim de resistir à compressão e cargas de tensão.
[056] Todos os elementos que compõem a estrutura traseira 166 são compostos de um único material, sendo que o dito material consiste em aço inoxidável austenítico laminado a frio.
[057] Desse modo, todos os elementos que compõem o conjunto de cabeçotes 28 são compostos de um único material, sendo que o dito
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12/13 material consiste em aço inoxidável austenítico laminado a frio. Visto que é também o caso para os elementos que compõem o conjunto de travessas 26, cada moldura inferior de extremidade 20, 22 é, portanto, composta de um único material que consiste em aço inoxidável austenítico laminado a frio.
[058] Um método de produção para produzir o carro de trilho 10 será descrito agora, com referência aos desenhos.
[059] Primeiramente, o conjunto de travessas 26 e o conjunto de cabeçotes 28 de cada moldura inferior de extremidade 20, 22 são dispostos separadamente. Para esse fim, as diversas peças que compõem esses conjuntos 26, 28 são produzidas e, então, dispostas tanto por soldagem em arco de filete ou por soldagem por pontos, dependendo das indicações mencionadas acima.
[060] Essa etapa de dispor é realizada na mesma oficina que a oficina em que as outras partes estruturais do carro de trilho 10, tal como a moldura inferior 12, as molduras laterais 14, o teto 16, a ou cada moldura de extremidade 18 e, se aplicável, a cabine 24, são produzidas.
[061] Então, cada cabeçote 28 é disposto com uma moldura de extremidade 18 ou com uma cabine 24 e cada conjunto de travessas 26 é disposto com a moldura inferior 12.
[062] Em uma etapa seguinte, o cabeçote 28 e o conjunto de travessas 26 de cada moldura inferior de extremidade 20, 22 são dispostos em conjunto, por exemplo, aparafusando-se em conjunto respectivos flanges. Então, as molduras laterais 14 e o teto 16 são adicionados.
[063] O carro de trilho 10 é obtido, desse modo.
[064] Alternativamente, cada conjunto de travessas 26 é disposto com um respectivo conjunto de cabeçotes 28 para formar as molduras inferiores de extremidade 20, 22. Em uma etapa seguinte, as molduras inferiores de extremidade 20, 22 são dispostas na moldura inferior 12, nas
Petição 870170049151, de 14/07/2017, pág. 18/28
13/13 molduras laterais 14, no teto 16, ou cada moldura de extremidade 18 e, se aplicável, na cabine 24.
[065] O carro de trilho 10 é obtido, desse modo.
[066] Graças à invenção descrita acima, é, portanto, possível produzir a moldura inferior de extremidade na mesma oficina que as outras partes estruturais do veículo de trilho 10; como consequência, o método de fabricação do carro de trilho 10 é simplificado de maneira significativa.
[067] Além disso, o uso de aço inoxidável austenítico laminado a frio permite a redução de peso das molduras inferiores de extremidade 20, 22, visto que placas mais finas podem ser usadas, e evita pintura das molduras inferiores de extremidade 20, 22 para resistência à corrosão.
[068] Além disso, usando-se apenas soldagem por pontos e soldagem em arco de filete, o consumo de energia é reduzido e a distorção dos conjuntos causada por soldagem é minimizada.

Claims (10)

  1. Reivindicações
    1.- MOLDURA INFERIOR DE EXTREMIDADE (20, 22) PARA UM VEÍCULO DE TRILHO, QUE COMPREENDE UM CONJUNTO DE CABEÇOTES (28) E UM CONJUNTO DE TRAVESSAS (26), caracterizado pelo fato de que a dita moldura inferior de extremidade (20, 22) é composta de um material único que consiste em aço inoxidável austenítico laminado a frio.
  2. 2- MOLDURA INFERIOR DE EXTREMIDADE (20, 22) da reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende várias peças montadas juntas por soldadura por pontos.
  3. 3, - MOLDURA INFERIOR DE EXTREMIDADE (20, 22) da reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato em que algumas partes do bastidor de extremidade (20, 22) são montadas juntas por soldadura por arco.
  4. 4, - MOLDURA INFERIOR DE EXTREMIDADE (20, 22) de qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato em que o conjunto de cabeçote (28) e o conjunto de travesseiro (26) estão conectados entre si por meio de parafusos.
  5. 5, - VAGÃO FERROVIÁRIO (10) caracterizado pelo fato que compreende o quadro inferior de extremidade (20, 22) de qualquer uma das reivindicações anteriores.
  6. 6, - MÉTODO DE PRODUÇÃO PARA PRODUZIR UMA MOLDURA INFERIOR DE EXTREMIDADE (20, 22) para um veículo ferroviário (10), caracterizado pelo fato a referida estrutura inferior (20, 22) compreendendo um conjunto de cabeçote (28) e um conjunto de travesseiro (26), que compreende os passos de:
    - fornecendo peças feitas de um único material, o referido material consistindo em aço inoxidável austenítico enrolado a frio e
    - montar as referidas peças juntas de modo a que seja obtido o bastidor final (20, 22).
  7. 7, - MÉTODO DE PRODUÇÃO de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato em que o passo de montagem compreende a soldagem por
    2/2 pontos algumas das peças em conjunto.
  8. 8 - MÉTODO DE PRODUÇÃO de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato em que o passo de montagem compreende a soldagem por arco de algumas das peças em conjunto.
  9. 9.- MÉTODO DE PRODUÇÃO de acordo com qualquer das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato em que o passo de montagem compreende os seguintes sub passos:
    - montar uma primeira parte das peças em conjunto de modo a que o conjunto de cabeçote (28) seja formado,
    - montar uma segunda parte das peças em conjunto de modo a que o conjunto de travesseiro (26) seja formado e
    - montar o conjunto de cabeçote (28) no conjunto de travesseiro (26).
  10. 10,- MÉTODO DE PRODUÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE UM VAGÃO FERROVIÁRIO (10), caracterizado pelo fato compreendendo um passo de produção de um quadro inferior de extremidade (20, 22) do referido carro de trem (10), em que o referido passo consiste no método de produção de qualquer uma das reivindicações 6 para 9.
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