Os danos do Common Rail

O trilho é um dos componentes de suporte mais importantes do sistema ferroviário. A tração e a frenagem dos trens são realizadas pelo atrito entre as rodas e o trilho. Portanto, uma boa condição dos trilhos é o pré-requisito para garantir a operação segura e suave dos trens. No entanto, devido às tensões de contato alternadas, o material ferroviário frequentemente sofre desgaste ou danos por fadiga. Conforme mostrado na Figura 1, os principais tipos de danos aos trilhos incluem: rachaduras por fadiga, descascamento, desgaste por ondulação, esmagamento e desgaste lateral dos trilhos, que representam mais de 80% de todos os danos ferroviários. Com o aumento da velocidade de circulação dos trens e da carga por eixo, os problemas de fadiga e desgaste dos trilhos tornam-se cada vez mais sérios, o que faz com que a demanda por tecnologias de retificação de trilhos aumente drasticamente.

1. Trinca por fadiga por contato rolante.Trincas por fadiga por contato rolante são uma das formas mais comuns de danos em trilhos de alta velocidade [1], conforme mostrado na Figura 2. Geralmente, as trincas não se estendem até o fundo, mas sim até a superfície do trilho em um arco, formando uma aparência de descascamento, conforme mostrado na Figura 2. A superfície superior do trilho é deprimida devido ao descascamento, e a tensão de impacto é formada quando as rodas do trem passam, o que agrava a vibração e o ruído. Em alguns casos, as trincas ramificadas no poço de descascamento podem se expandir abaixo do trilho e levar à fratura do trilho, o que pode causar grandes acidentes de segurança [2].

2. Desgaste da ondulação do trilho. O desgaste da ondulação ferroviária refere-se ao fenômeno de superfície desgastada irregular e periódica no trilho dentro de uma certa faixa longitudinal [3, 4], conforme mostrado na Figura 3. O desgaste da ondulação aumentará a vibração e o ruído do trem, afetará o conforto da viagem e reduzirá a vida útil da fadiga das peças da locomotiva e do veículo. De acordo com o comprimento de onda do desgaste da ondulação, ele é dividido em ondulação de onda curta (comprimento de onda de 25 a 80 mm) e onda longa (comprimento de onda maior que 100 mm). As principais causas da ondulação incluem teorias dinâmicas e não dinâmicas. A teoria dinâmica acredita que a vibração do sistema roda-trilho leva à ondulação, incluindo vibração autoexcitada, ressonância e vibração de feedback [5]. A teoria não dinâmica de que a formação de ondulação está relacionada principalmente aos materiais do trilho e ao processo de fundição, etc.; e mesmo que a força mútua roda-trilho seja constante, o trilho também ocorrerá ondulação devido ao seu fluxo plástico irregular [6,7].

3. Esmagamento de trilhos.O esmagamento de trilhos é o fenômeno em que o material da parte superior do trilho apresenta deformação plástica e a banda de rodagem se torna achatada, o que é comumente observado em trilhos em seções curvas de ferrovias de serviço pesado [8], conforme mostrado na Figura 4. O esmagamento de trilhos altera o formato da cabeça do trilho, alterando a força de contato roda-trilho, o que agrava a vibração e o ruído de funcionamento. Além disso, o esmagamento de trilhos é frequentemente acompanhado por danos por decapagem ou trincas por fadiga. O limite de estabilidade é frequentemente usado como critério para avaliar se ocorre dano por esmagamento em trilhos, e o aumento do limite de escoamento dos materiais pode prevenir ou retardar esse tipo de dano.

4. Desgaste lateral do trilho.O desgaste lateral do trilho é a principal forma de dano em trilhos com curvas de pequeno raio [9], conforme mostrado na Figura 5. Nas ferrovias chinesas, 98% dos trilhos de curvas de pequeno raio são descartados devido ao desgaste lateral excessivo. Quando a locomotiva e o veículo entram na seção da curva, o trem se move para frente devido à inércia, mas a via força a carroceria do trem a girar. Nesse caso, as rodas impactarão o trilho e ocorrerá um desgaste lateral sério. Especialmente, quando a força centrífuga e a força centrípeta do trem estão desequilibradas, a carga do trilho interno e externo será enviesada, o que agrava muito o desgaste lateral [10, 11]. Acredita-se amplamente que o desgaste lateral do trilho encurta a vida útil do trilho e a mudança do perfil do trilho piora a interação roda/trilho, afetando a estabilidade do trem que passa pela curva.

Fig. 1 Trincas por fadiga.

Fig. 2 Descascamento do trilho.

Fig. 3 Desgaste da ondulação do trilho.

Fig. 4 Esmagamento de trilhos.

Fig. 5 Desgaste lateral do trilho.

Referências

1. K. Zhou. Pesquisa sobre as regras e mecanismos de remoção de material durante a retificação de trilhos [D]. Chengdu: Tese de doutorado da Southwest Jiaotong University, 2020.
2. X. Zhao, ZL Li. Uma solução tridimensional de elementos finitos para contato de rolamento friccional roda-trilho em elastoplasticidade [J]. Anais da Instituição de Engenheiros Mecânicos, Parte J: Journal of Engineering Tribology, 2015, 229(1): 86-100.
3. W. Zhong, J. Hu, P. Shen et al. Investigação experimental entre fadiga de contato de rolamento e desgaste de ferrovias de alta velocidade e transporte pesado e seleção de material ferroviário [J]. Wear, 2011, 271(9-10): 2485-2493.
4. S. Grassie, J. Kalousek. Ondulação ferroviária: características, causas e tratamentos [J]. Anais da Instituição de Engenheiros Mecânicos, Parte F: Journal of Rail and Rapid Transit, 1993, 207(1): 57-68.
5. Y. Gu. Estudo sobre o mecanismo de ondulação ferroviária em trilhos sem lastro de ferrovias de alta velocidade [D]. Pequim: Dissertação de doutorado da Universidade Jiaotong de Pequim, 2017.
6. X. Jin, X. Li, W. Li, et al. Revisão do progresso da ondulação ferroviária [J]. Jornal da Universidade Jiaotong do Sudoeste, 2016, 51(2-3): 264-273.
7. S. Li, D. Liu, P. Liu et al. Formação de corrugação e evolução da microestrutura do aço ferroviário U75V [J]. Jornal da Universidade Dalian Jiaotong, 2019, 40(5): 66-71.
8. Z. Li, Z. Yan, S. Li. Influência da ondulação ferroviária no desempenho dinâmico de um sistema de desvio de veículos de alta velocidade [J]. Journal of Central South University (Ciência e Tecnologia), 2003, 25(1): 104-108.
9. W. Wang, H. Guo, X. Du et al. Investigação sobre o mecanismo de danos e prevenção de danos em ferrovias de transporte pesado [J]. Análise de Falhas de Engenharia, 2013, 35: 206-218.
10. Y. Zhou, S. Wang, T. Wang, et al. Investigação de campo e laboratório da relação entre a retenção da cabeça do trilho e o desgaste em uma ferrovia de transporte pesado [J]. Wear, 2014, 315(1-2): 68-77.
11. I. Povilaitiene, I. Kamaitis, I. Podagelis. Influência da bitola no desgaste lateral do trilho em curvas de via [J]. Revista de Engenharia Civil e Gestão, 2006, 12(3): 255-260.
12. W. Zhai, J. Gao, P. Liu et al. Redução do desgaste lateral dos trilhos em curvas ferroviárias de transporte pesado com base na interação dinâmica roda-trilho [J]. Dinâmica de Sistemas de Veículos, 2014, 52(sup1): 440-454.