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As estratégias de retificação de trilhos
28/10/2024
A retificação regular dos trilhos reduz ou elimina os danos e prolonga sua vida útil, sendo amplamente reconhecida como um dos métodos de manutenção mais eficazes em sistemas de transporte ferroviário. Com base no comportamento dos danos nos trilhos e considerando as necessidades de capacidade de transporte ferroviário, a tecnologia e os equipamentos de retificação de trilhos estão se desenvolvendo de forma diversificada e em múltiplos níveis. As principais estratégias de retificação incluem a pré-retificação, a retificação preventiva e a retificação corretiva.
Pré-moagemDurante o processo de laminação a quente de trilhos, as altas temperaturas intensificam a oxidação dos elementos carbono e ferro na superfície dos trilhos. Quando a taxa de oxidação do carbono é maior que a do ferro, parte da cementita na perlita se transforma em ferrita, levando à formação de uma camada de descarbonetação, como mostrado na Figura 1. A dureza, a resistência e a resistência ao desgaste da camada de descarbonetação no trilho são menores que as do substrato [1]. Durante a operação, as trincas se propagam principalmente ao longo da ferrita, o que aumenta a probabilidade de causar danos graves ao trilho [2]. Durante a construção de novas linhas férreas, as frequentes partidas e paradas de veículos de construção podem facilmente causar arranhões nos trilhos e outros problemas. Os arranhões nos trilhos não são facilmente detectados pela equipe de inspeção no estágio inicial, mas o calor gerado pelo atrito entre a roda e o trilho causa transformação metalográfica na área arranhada, o que pode rapidamente se transformar em danos graves em operação posterior [3]. Portanto, para a construção de novas linhas e a instalação de novos trilhos em trechos, a pré-retificação deve ser realizada após o comissionamento e antes da entrada em operação, para remover a camada de descarbonetação de cerca de 0,2 mm na superfície e os danos causados pelo processo de construção. Para linhas que já entraram em operação, é necessário concluir a pré-retificação antes da passagem de uma massa total de 10 toneladas.
Figura 1. A camada de descarbonetação na cabeça do trilho.
Retificação preventivaPara defeitos severos como ondulações, delaminação, abrasão lateral e esmagamento, é necessário utilizar uma profundidade de retificação maior para remover os defeitos e, ao mesmo tempo, corrigir e reparar o perfil do trilho. Nesse caso, a quantidade de material removido e a profundidade de retificação são grandes, e essa estratégia de retificação é chamada de retificação reparadora. Devido à tolerância de desgaste projetada para a superfície do trilho, a frequência de substituição do trilho aumenta durante a retificação reparadora, resultando em baixa economia de retificação.
A China estabeleceu regulamentações claras sobre a operação de retificação e reparo de linhas de transporte ferroviário: (a) A retificação e o reparo devem selecionar o equipamento de retificação e os parâmetros operacionais apropriados com base nas características dos defeitos do trilho, remover os defeitos e reparar os perfis do trilho; (b) Em linhas convencionais, para defeitos como ondulação na profundidade da retificação ou largura da borda espessa superior a 0,3 mm, a retificação e o reparo devem ser providenciados imediatamente; (c) Em linhas ferroviárias de alta velocidade, quando houver vibração do trem em alta velocidade, alarme de aceleração lateral da estrutura transversal, faixa de iluminação deficiente em seções, profundidade de escamas de peixe no trilho de desvio atingindo 0,5 mm, índice de resposta ao impacto da via acima do valor de gerenciamento ou defeitos no trilho atingindo o limite de remediação, o reparo e a retificação do trilho devem ser providenciados imediatamente.
Reparando a retificaçãoO trilho é submetido a cargas periódicas das rodas, e a camada de fadiga por contato de rolamento (FCR) se forma na superfície do trilho devido ao "efeito catraca" [4,5]. Nessa camada, a dureza e a fragilidade do material do trilho aumentam significativamente, e a microestrutura apresenta um aumento na densidade de discordâncias e na iniciação de microtrincas [5]. A propagação lateral e longitudinal das microtrincas pode causar danos como delaminação e quebra do trilho [1]. No ciclo de desenvolvimento da trinca (nucleação, iniciação e propagação), os tempos de nucleação e iniciação representam uma grande proporção. A retificação geralmente é realizada quando a profundidade de propagação da trinca não excede 0,2 mm, que é o momento ideal para bloquear a propagação das trincas no trilho e evitar maior deterioração, conforme ilustrado na Figura 2. Com base no mecanismo de fadiga por contato de rolamento na superfície dos trilhos e na lei de propagação de trincas, propõe-se uma estratégia de retificação preventiva, que envolve a remoção regular da camada de fadiga por contato de rolamento na superfície dos trilhos. A retificação preventiva tem uma profundidade de retificação menor, o que é mais favorável para prolongar a vida útil dos trilhos e apresenta melhor economia de retificação em comparação com a retificação reparadora.
A China Railway Corporation estabeleceu requisitos claros para a implementação da retificação preventiva de trilhos ferroviários. (a) Para ferrovias de alta velocidade, a retificação preventiva deve ser realizada a cada 30-50 toneladas de peso total, com um intervalo de retificação de no máximo 2 anos. (b) Para trechos retos e curvas de grande raio (>1200 m) de linhas de velocidade comum, um processo de retificação é geralmente realizado uma vez para um peso total de 100 toneladas; para trechos de pequeno raio ( 
A evolução da vida útil dos trilhos sob diferentes estratégias de retificação é mostrada na Figura 2, e os resultados indicam que a retificação pode efetivamente prolongar a vida útil dos trilhos. De acordo com relatos, a probabilidade de ocorrência de defeitos na superfície dos trilhos após a não retificação, retificação reparadora e retificação preventiva é de 15%, 8% e 4%, respectivamente [6], indicando que a retificação preventiva apresenta uma vantagem significativa na redução da probabilidade de defeitos nos trilhos. Além disso, os materiais utilizados na retificação preventiva apresentam uma menor espessura de remoção, o que pode prolongar significativamente a vida útil dos trilhos em comparação com a retificação reparadora. Diante do cenário desafiador de rápido desenvolvimento econômico e da demanda urgente por capacidade de transporte ferroviário na China, a adoção da retificação preventiva pode efetivamente estender o ciclo de substituição dos trilhos e apresentar maior economia de retificação. A retificação preventiva preditiva é a principal direção de desenvolvimento da futura tecnologia de retificação de trilhos.
Figura 2. Comportamento de propagação de trincas de fadiga por contato de rolamento
Figura 3. A relação entre as estratégias de retificação e a vida útil dos trilhos.
[1] ZHAO Xiangji, GUO Jun, WANG Hengyu, et al. Efeitos da descarbonetação na resistência ao desgaste e nos mecanismos de danos de trilhos sujeitos à fadiga de contato[J]. Wear, 2016, 364-365:130-143.
[2] ZHAO Xiangji, WANG Hengyu, Guo Jun, et al. O efeito da camada descarbonizada na fadiga de contato de rolamento de materiais de trilho em condições secas-úmidas[J]. Análise de falhas de engenharia, 2018, 91: 58-71.
[3] LIU Fengshou, LI Chuang, TIAN Changhai. Pesquisa sobre danos precoces em trilhos de ferrovias chinesas de alta velocidade. Engenharia Ferroviária, 2018, 58(1): 138-140.
[4] Reza Masoudi Nejad, Shariati Mahmoud, Farhangdoost Khalil. Efeito do desgaste no crescimento de trincas por fadiga de contato de rolamento em trilhos[J]. Tribology International, 2016, 94: 118-13.
[5] HU Yue, ZHOU Lang, DING Haohao, et al. Evolução da microestrutura de rodas perlíticas ferroviárias sob carregamento de contato de rolamento-deslizamento[J]. Tribology International, 2021, 154: 106685.
[6] ZAREMBSKI Allan M., PALESE Joseph. A retificação de trilhos reduz os defeitos dos trilhos[J]. Railway Track&Structure, 2011, 107(2): 32-35.