BRPI0802722A2 - truque de inscriÇço radial - Google Patents

Abstract

TRUQUE DE INSCRIÇçO RADIAL. O invento proposto consiste em introduzir no truque ferroviário de carga um sistema de cunhas de atrito em posição angular e dupla e, ou apenas, um sanduíche de palmilhas com placas finas independentes de material de baixo atrito entre a parte superior da caixa de rolamento e o apoio na lateral, respeitando a folga entre a caixa de rolamento e os pedestais da lateral de truque ferroviário de carga. Tem a finalidade de manter a ortogonalidade do truque e permitir a inscrição radial dos rodeiros do truque ferroviário em curvas, e o alinhamento em retas, aumentando a segurança no tráfego e minimizando o desgaste das rodas e dos trilhos e, portanto reduzindo o consumo de combustível do trem.

Description

TRUQUE DE INSCRIÇÃO RADIAL

CAMPO DE APLICAÇÃO

O presente pedido refere-se aos vagões ferroviários de carga e maisparticularmente aos truques ferroviários do tipo de três peças para os mencionados vagões.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

O truque ferroviário de carga do tipo três peças é composto por duasestruturas laterais e uma travessa estrutural central onde o peso próprio do vagão éapoiado. A travessa central e as laterais são interligadas por dois pacotes de molas queformam a suspensão e conjunto com sistema de amortecimento de atrito de contato. Osistema de atrito de contato tem molas e cunhas que pressionadas contra chapa de desgasteproduz força de atrito contrária ao movimento. O truque possui dois eixos com rodascônicas, formando os rodeiros, que são apoiados sobre mancais de rolamento nas laterais.Durante a inscrição em curvas é desejável que os eixos assumam uma posição radial emrelação ao centro da curva para permitir o rolamento das rodas sobre os trilhos semescorregamento para minimizar o desgaste. A folga entre a caixa de rolamento e o pedestalda lateral permite esta angulação desde que a força de atrito de contato entre a partesuperior da caixa de rolamento e o apoio no lateral permita. Quando a força de atrito égrande há impedimento dos movimentos desejáveis para inscrição adequada semescorregamento. Desta forma a perda de ortogonalidade entre as partes estruturais ocorre ea inscrição na curva torna-se inadequada produzindo o desgaste de rodas.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

O invento proposto consiste em introduzir no truque ferroviário de carga umsistema de cunhas de atrito duplo e sanduíche de palmilhas de material de baixo atrito entrea parte superior da caixa de rolamento e o suporte entre os pedestais da lateral de truqueferroviário de carga. Tem a finalidade de manter a ortogonalidade do truque e permitir ainscrição radial do truque ferroviário em curvas, aumentando a segurança no tráfego eminimizando o desgaste das rodas.

ESTADO DA TÉCNICAO estado da técnica atual pode ser representado pelos documentos abaixodescritos.

Patente norte americana número US 7 143 700 (Forbes et al.) publicada em03/02/2005 que revela um truque do tipo 3 peças e montagens executadas na Fixação doseixos das rodas nas laterais que compõe o truque ferroviário.

Patente norte americana número US 6.142.081 (Long et al.) publicada em07/11/2000 que revela também uma disposição construtiva da fixação do eixo às lateraisdo truque ferroviário.

Patente norte-americana número 6.874.426 (Forbes) publicada em05/02/2004, refere-se a um truque do tipo 3 peças (2 laterais e uma travessa) no qual aslaterais possuem assentos para as molas. São providos amortecedores de fricção em paresinternos e externos montados nas laterais. A força inclinada nos amortecedores atua demodo a interagir entre a travessa e as laterais para resistir à deflexão em paralelogramo dotruque. Os adaptadores da caixa de rolamentos e os pedestais das laterais interagem numcontato linear rolante que possui um raio de curvatura relativamente pequeno.

Patente norte-americana numero US 7.004.079 (Forbes) publicada em18/09/2003 que revela um truque de 3 peças. Os adaptadores da caixa de rolamentos e aslaterais possuem partes associadas ou superfícies com curvaturas configuradas parapermitir o balanço lateral das laterais. Uma travessa, suportada pelas laterais e são providosconjuntos de amortecedores arranjados lateralmente entre as mesmas para controlar ainteração entre as laterais e a travessa.

Patente norte-americana número US 5.243.920 (Larson et al.) publicada em14/09/1993 mostra um truque com as laterais travadas por escoras diagonais que são fixasuma à outra na sua interseção. Tais escoras têm a finalidade de manter a ortogonalidadeentre as laterais e a travessa.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 mostra o desenho correspondente à Figura 3b da patente norteamericana US 7.143.700;

A Figura 2 mostra o desenho correspondente à Figura 3 c da patente norteamericana US 7.143.700;A Figura 3 mostra o desenho correspondente à figura 1 da patente US6,142,081;

A Figura 4 mostra o desenho correspondente à figura 4 da patente US6,142,081;

As Figuras 5, 6 e 7 correspondem respectivamente às figuras 6, 7 e 8 dapatente US 6,142,081.

A Figura 8 corresponde à figura 4 da patente US 6,874,426 e mostra umamontagem de um truque de 3 peças utilizando cunhas de duplo atrito atuando de formaparalela.

A Figura 9 mostra a vista superior da montagem de cunhas de atrito duploem ângulo numa travessa de um truque ferroviário de três peças, conforme a presenteinvenção.

A Figura 10 ilustra numa vista em perspectiva a lateral do truque ferroviáriode acordo com a presente invenção.

A Figura 11 ilustra esquematicamente os elementos para o cálculo dametade da folga entre a caixa do mancai e o pedestal da lateral (2). Folga = {e*b)lR, onde"e" é a metade da distância entre os rodeiros do truque e "b" metade da bitola da via.

A Figura 12 ilustra esquematicamente a mencionada Folga entre a-caixa domancai e o pedestal da lateral.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A Figura 1, que corresponde à Figura 3b da patente US 7.143.700 mostraem vista explodida a montagem da caixa de rolamento (152) com o pedestal (P) de umalateral (L) do truque de 3 peças. Observa-se que existe um adaptador (160) que permite afixação da caixa de rolamentos (152) com a lateral (L) do truque por meio de encaixe nopedestal (P). Entre o adaptador (160) e o pedestal (P) da lateral (L) temos um primeirodisco oscilante (162), um assento do pedestal (168) e elementos resilientes (156).

A figura 2 que corresponde à Figura 3c da patente US 7,143,700 mostra esteconjunto montado, numa vista em corte. De acordo com esta configuração, há ummovimento deslizante entre o disco oscilante (162) e o assento do pedestal (168)permitindo, deste modo, que haja um pequeno deslocamento do eixo do truque na direçãolongitudinal da lateral (L) do truque, principalmente em curvas. Este deslocamento permitea inscrição radial do eixo na direção do centro da curva de modo a evitar o escorregamentoexcessivo das rodas do truque com os trilhos, minimizando o desgaste das mesmas.

De acordo com as figuras 3b e 3c da patente US 7.143.700 (Figura 1 e 2 dopresente pedido) o adaptador (160) da caixa de rolamentos (152) possui uma cavidade(161) para receber um inserto denominado como primeiro membro oscilante (162). Acavidade (161) possui reentrâncias (163) na sua borda periférica para o encaixe das pontas(164) do membro oscilante (162). Este encaixe das pontas (164) nas reentrâncias (163)fixam a orientação angular do membro oscilante (162) de modo que um raio de curvaturaapropriado pode ser apresentado em cada uma das direções laterais e longitudinais. Omaterial para o membro oscilante (162) pode ser o aço ferramenta ou um aço empregadona manufatura de esferas de rolamentos. Além disso, a superfície superior (165) domembro oscilante (162) que inclui a porção que está em contato oscilante com o assento dopedestal (168), pode ser usinado ou conformado com um alto grau de polimentosemelhante à superfície de esferas de rolamento e podem ser tratadas termicamente para seobter o acabamento de peças de rolamentos.

Similarmente, o assento do pedestal (168) pode ser feito de um materialendurecido, tal como um aço ferramenta ou aço empregado para a fabricação derolamentos e usinados ou formados com alto grau de polimento e tratados termicamente demodo a serem apropriados -com uma superfície formada para acoplar-se com a superfície(165) do membro oscilante (162). Alternativamente o assento do pedestal (168) pode teruma superfície de acomodação indicada como (167) e um membro de inserto, identificadocomo membro oscilante superior (166).

O membro oscilante superior (166) pode ser formado de um material durode modo similar ao membro (162) e pode ter uma superfície oscilante (157) voltada parabaixo que pode ser usinado ou formada com um alto grau de polimento como a superfíciede uma esfera de rolamento e pode ser termicamente tratada para se obter uma superfíciede acabamento como a de um rolamento para acomodar-se de modo oscilante com asuperfície (165). O membro oscilante (162) possui infinitos raios de curvatura macho efêmea.

Esta configuração acima descrita embora permita a inscrição radial doseixos das rodas do truque durante as curvas, apresenta o inconveniente de limitar o tráfegodo vagão sobre trilhos que não apresentem espaços nas suas emendas, pois, os choquestransmitidos aos assentos do pedestal pelas rodas ao passar sobre as mencionadas emendasespaçadas entre os trilhos poderá causar a ruptura destes assentos.

A patente US 6,142,081 refere-se a um truque ferroviário do tipo 3 peçascompreendendo uma montagem de pedestal oscilante adaptado para uso na lateral dotruque com um adaptador para a caixa de rolamentos.

De acordo com a figura 3 (que corresponde à figura da patente US6,142,081), é mostrada uma vista em corte longitudinal da montagem do assento dopedestal (30) instalado no truque ferroviário (32). O truque (32) compreende um par delaterais (34) conectados por uma travessa (não mostrada). Cada lateral (34) compreendeum pedestal (36) em cada extremidade. O pedestal (36) inclui um primeira mandíbulavertical (38) e uma segunda mandíbula vertical (40) e um teto de pedestal (42). O teto dopedestal (42) inclui uma cavidade do teto (44). A cavidade do teto do pedestal (44) éformada por uma parede de topo (46), um par de paredes laterais (48) espaçadas e um parde paredes laterais (50) espaçadas entre si. A lateral (34) contém um eixo longitudinal (52).

O truque ferroviário (32) compreende um adaptador de caixa de rolamentose um eixo (58) que é adaptado para ser disposto entre a primeira e segunda garras dopedestal (38) e (40), em cada pedestal (36). O adaptador da caixa de rolamentos e eixo (58)compreende um adaptador da caixa de rolamentos (60), um rolamento (62) e um eixo (64)com um par de rodas flangeadas (não mostradas) e um eixo central longitudinal (66) queestá disposto perpendicularmente ao eixo longitudinal (52) da lateral (34). O adaptador dacaixa de rolamentos (60) preferencialmente é um adaptador de coroa reversa. O ladosuperior do adaptador da caixa de rolamentos (60) compreende uma superfície curva (68)de formato côncavo cilíndrico formado por um primeiro raio a partir de um eixo linear (70)que se estende paralelamente ao eixo longitudinal (52) da lateral (34). O lado inferior doadaptador (60) é adaptado para receber o rolamento (62) e o eixo (64) de modo que o eixo(64) seja acoplado ao adaptador da caixa de rolamento (60) para rotacionar em torno doeixo longitudinal (66).

O assento oscilante do pedestal (30) inclui um coxim elastomérico -(80) eum membro oscilante (82). As figuras 5, 6 e 7 mostram em detalhes o coxim elastomérico(80) que compreende uma base elastomérica retangular (84). A base (84) compreende umasuperfície superior plana (86) e uma superfície inferior oposta (88). A base (84) tambéminclui um par de paredes laterais longitudinais paralelas opostas (92). Cada uma dasparedes laterais longitudinais (90) incluem um par de ranhuras espaçadas (94). Cada umadas paredes laterais transversais (92) incluem um par de ranhuras espaçadas (96).

O coxim elastomérico (80) também inclui uma projeção elastomérica (100)de formato piramidal que estendem-se para fora e para baixo da superfície inferior (88) dabase (84). A projeção (100) inclui uma base retangular (102) localizada adjacente àsuperfície (88) tendo quatro arestas lineares. A projeção (100) é uma pirâmide retangularregular que é preferencialmente formada como um tronco de pirâmide. A projeção (100)inclui uma superfície planar ápice (104) no ápice da projeção (100). Uma superfície deformato piramidal (106) estende-se a partir da base (102) para o ápice da projeção (100). Asuperfície piramidal (106) inclui uma primeira face (108) plana de formato triangular tendouma base (110) adjacente à superfície inferior (88) e uma crista truncada (112) juntando-seà superfície do ápice (104), e um segunda face (114) plana de formato triangular com umabase (116) adjacente à superfície inferior (88) e um cume truncado (118) juntando-se àsuperfície do ápice (104). A superfície (106) também inclui uma terceira face (120) planade formato triangular com uma base (122) adjacente à superfície inferior (88) e um cumetruncado (124) que junta-se à superfície do ápice (104). A superfície (106) também incluiuma quarta face (126) plana e de formato triangular com uma base (128) adjacente àsuperfície inferior (88) e um cume truncado (130) que junta-se à superfície do ápice (104).

A base (110) e a base (122) da primeira e terceira faces (108) e (120) sãoespaçadas paralelas entre si. A base (116) e a base (128) da segunda e quarta faces (114) e(126) são espaçadas e paralelas entre si e perpendiculares à base (110) e base (122). A base(110) e a base (122) são aproximadamente do mesmo comprimento. A base (116) e a base(128) são aproximadamente do mesmo comprimento, mas ambas são mais curtas do que abase (110) e a base (122). Cada uma das faces (108, 114, 120 e 126) são formadas comoum triângulo isósceles truncado de modo que cada lado do triângulo forme um ânguloigual com a base do triângulo e cada uma das faces seja inclinada com respeito à superfícieinferior (88) e a superfície superior (86). A superfície do ápice (104) da projeção (100) «stácentrada com respeito à base retangular (102) como mostrado na figura 6. A superfície doápice (104) é paralela à superfície superior (86) e superfície inferior (88) da base (84).

O coxim elastomérico (80) tem um tamanho para encaixar dentro dacavidade do teto (44) do pedestal da lateral (34) de modo que a superfície superior-(86) dabase (84) encosta na parede de topo (46) do pedestal (36). As paredes laterais (90) e (92)da base (84) estão adaptadas para Ficarem muito próximas dentro das paredes laterais (48)e (50) da cavidade do teto (44) do pedestal. O coxim elastomérico (80) preferencialmente éformado de um material tal como um composto de borracha natural ou sintética tendo umarigidez total de 22000 a 35000 libras/polegada.

A desvantagem desta montagem acima descrita reside nõ fato de que a vidaútil do elastômero usado é baixa e o custo de reposição é elevado.

A patente US 5,243,920 mostra um truque moderno que possui uma ligaçãodiagonal pesada entre as laterais para manter a ortogonalidade entre as laterais e a travessa.

Esta estrutura reduz o espaço para os componentes de freio alem de dificultar amanutenção e aumentar o preço final do produto. Adicionalmente a estrutura mencionada éempregada sobre os mancais apoios elastoméricos de vida limitada e custo elevado.

A deficiência do sistema em uso é o custo elevado, peso elevado edificuldade de alinhamento na instalação e manutenção. A vida útil do elastômero usado ébaixa e o custo de reposição elevado.

Desta forma a eliminação desta estrutura melhora as características finais dotruque sendo mais leve e mais barato.

Conforme a Figura 8, o uso de cunhas de duplo atrito para manter aortogonalidade do truque, já era conhecido do estado da técnica, entretanto a escolhaadequada da sua posição angular facilita o alinhamento e reduz as forças para produzir omomento de ortogonalização.

FUNCIONAMENTO DO INVENTO

O invento proposto consiste em introduzir no truque ferroviário de carga,composto por uma travessa (item 1) e duas laterais (2) um sistema de cunhas de atrito emduplas (7, 8, 9 e 10) segundo posição angular (|3) no truque para manter a ortogonalidadedo truque durante a sua operação em retas e curvas. A posição angular é determinada pelalinha de ação entre cunhas opostas (itens 8 e 9 da Figura 9) em um dos lados da travessa,que forma o ângulo (P), mostrado na Figura 9. As outras cunhas (itens 7 e 10 da Figura 9)respeitam a mesma regra. As cunhas trabalham comprimidas contra a placa de desgaste(itens 5 e 6) que tem a mesma variação angular do par de cunhas de cada lado da travessa.

Quando há tendência ao movimento angular relativo entre a travessa e a lateral, a cunha defricção na posição angular produz momento restituidor com esforço mínimo para garantir aortogonalidade. Desta forma o desgaste entre as partes em deslizamento é minimizado.

O sanduíche de palmilhas com placas finas independentes de material debaixo atrito (item 3), instalado entre a parte superior da caixa de rolamento (11) e o suporteentre os pedestais da lateral (2) do truque ferroviário de carga, tem a finalidade de permitira movimentação angular do rodeiro em relação ao truque, garantindo a inscrição radial dotruque ferroviário em curvas e o alinhamento em retas, aumentando a segurança no tráfegoe minimizando o desgaste das rodas.

O funcionamento deste sistema já foi testado e tem sua aplicaçãocomprovada, reduzindo as forças laterais na inscrição em curvas e, portanto aumentando asegurança no tráfego e conseqüentemente reduzindo o desgaste de roda e trilho.

VANTAGENS

A vantagem do sistema de cunha de atrito duplo em posição angular (P) émanter a ortogonalidade entre as partes estruturais do truque (laterais e a travessa de carga)com a mínima forças para produzir o momento de ortogonalização. Como ganhoimportante o sistema proposto dispensa o uso do sistema de barras cruzadas (framebraced), reduzindo peso total do truque, aumentando espaço para instalação do sistema defreio e outros sistemas auxiliares e reduz o custo do produto.

A vantagem do sanduíche de palmilhas com placas finas independentes debaixo atrito (3) é permitir a movimentação angular do rodeiro em relação ao pedestal dalateral necessária para a inscrição em curvas e alinhamento em retas, com restrição mínimade movimento, dentro das limitações da largura do pedestal (4).

INOVAÇÕES

A inovação que caracteriza o invento é a utilização no truque ferroviário decarga sistema de cunhas duplas em posição angular (p) determinada pela relação entre oafastamento entre as cunhas (A) e a largura da travessa (B) descrita pela expressãoanalítica: ângulo P = are tang (cota A / cota B). Desta forma as forças para o alinhamentorelativo entre travessa e lateral (ortogonalidade) ficam minimizadas evitando desgastes eaumentando a via útil do sistema. A outra inovação que caracteriza o invento é a utilizaçãono truque ferroviário de carga de sanduíche de palmilhas de material de baixo atrito (3)para suportar adequadamente a carga vertical do vagão, garantindo a ortogonalidade entreas partes estruturais do truque e permitindo a inscrição dos rodeiros do truque de formaadequada em curvas de raio "R" segundo a relação que define a metade da folga entre acaixa do mancai e o pedestal da lateral (2) Folga = (e * b) IR, onde "e" é a metade dadistância entre os rodeiros e "6" metade da bitola da via, garantindo desgaste reduzido deroda e trilho.

Claims (2)

1. Sanduíche de palmilhas (3) com placas finas independentes de material de baixoatrito instalado entre a parte superior da caixa de rolamento (11) e o suporte entre ospedestais da lateral (2) do truque ferroviário de carga, tendo a finalidade de permitir omovimento angular do rodeiro em relação ao truque, garantindo a inscrição radial dotruque ferroviário em curvas e o alinhamento em retas, caracterizado por compreendervárias placas de materiais de baixo atrito intercaladas, tais como:- bronze,- polímero do tipo PTFE (politetrafluoretileno),plástico de baixo atrito com alta resistência à compressão,e respeitar as folgas entre a caixa de mancai e pedestal da lateral (4) descrita porFolga = {e*b)IR.

2. Sistema de cunhas de atrito duplo (7, 8, 9 e 10) em posição angular (P) na travessa (1)para manter a ortogonalidade das partes do truque (travessa 1 e lateral 2) com mínimoesforço, durante a sua operação em retas e curvas, caracterizado por compreender oitocunhas por truque, montadas de forma angular (P) conforme o ângulo p = are tang (cotaA / cota B) e com espaçamento entre as cunhas (A) para reduzir as forças e aumentar omomento restituidor de ortogonalidade entre as partes móveis do truque (travessa 1 elateral 2).