desgaste de rodas ferroviárias
DESCRIPTION
Desgaste de Rodas FerroviáriasTRANSCRIPT
MINISTÉRIO DA DEFESAEXÉRCITO BRASILEIRO
SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIACURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM TRANSPORTE
FERROVIÁRIO DE CARGAINSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ACADEMIA MRS
ADGENOR LIMA NETO
O DESGASTE DE RODAS E O PROCESSO DEREPERFILAMENTO
Rio de Janeiro2006
2
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ADGENOR LIMA NETO
O DESGASTE DE RODAS E O PROCESSO DE REPERFILAMENTO
Monografia apresentada ao Curso de
Especialização em Transporte Ferroviário de
Carga do Instituto Militar de Engenharia,
como requisito parcial para a obtenção do
título de Especialista em Transporte
Ferroviário de Carga.
Orientador: Prof. André Luiz Pinto – D.Sc.
Tutor: Engº Claudio Buchholz - M. Sc.
Rio de Janeiro
2006
3
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todas as pessoas que me incentivaram, apoiaram e possibilitaram
esta oportunidade de ampliar meus horizontes.
Em especial ao Armando Sisdelli, ao Tutor Engº Claudio Buchholz e ao
Professor Orientador Dr. André Luiz Pinto, por suas disponibilidades e atenções.
4
RESUMO
Na realidade ferroviária, há vários ativos com elevado custo de aquisição e\oumanutenção, dentre eles, o rodeiro desponta com significativa relevância no custofinal da manutenção. Portanto, faz-se necessário elaborar uma revisão acerca dosaspectos da atual forma de planejamento e práticas de manutenção dos rodeiros daMRS Logística S.A. como contribuição para se alcançar a melhor maneira degerenciar este ativo.
O gerenciamento estratégico das vidas dos rodeiros e do processo dereperfilamento visando a redução dos custos e desgaste de rodas são os principaisfocos deste trabalho.
As funções, processos e demandas da Casa de Rodas do Horto Florestal, acomposição e oscilação do preço médio do rodeiro, a necessidade domonitoramento constante do ativo, o planejamento e os ciclo da manutenção dosrodeiros serão alguns dos tópicos abordados.
Os diferentes tipos de rodas e perfis, a freqüência de reperfilamento porusinagem, a relação entre espessura do friso da roda e o desgaste, limiteseconômicos de desgaste, dimensões padronizadas, tolerâncias e variaçõespermissíveis, instrumentos e técnicas de medição e as premissas adotadas pelanorma A.A.R (Association of American Railroads) serão, além de outros aspectos,considerados de maneira a indicar parâmetros de manutenção que levem a ummenor custo final para a empresa.
5
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................... 8
1 – INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 9
1.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS ...................................................................................... 9
1.2 – OBJETIVO.................................................................................................................. 11
1.3 – ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO .......................................................................... 12
2 – RODEIRO .......................................................................................................................... 14
2.1 – RODAS ....................................................................................................................... 15
2.2 - Iteração Perfil da Roda x Trilho................................................................................... 20
2.3 - Eixos ............................................................................................................................ 22
2.4 - Rolamentos .................................................................................................................. 24
2.5 - Dinâmica do Rodeiro ................................................................................................... 26
3 - Casa de Rodas do Horto Florestal....................................................................................... 27
3.1 - Recuperação de Componentes ..................................................................................... 30
3.2 - Montagem/Desmontagem de Rodeiros........................................................................ 33
3.3 - Operações de Medição................................................................................................. 36
3.4 - Produção da Casa de Rodas ......................................................................................... 38
3.5 - Preço-Médio do Rodeiro.............................................................................................. 39
4 - Gerenciamento do Desgaste das Rodas ............................................................................. 41
4.1 - Regime de Desgaste no Contato Roda-Trilho ............................................................. 41
4.2 - Rodas de múltiplas vidas ............................................................................................. 42
4.3 - Ciclo de Manutenção do Rodeiro ................................................................................ 45
4.4 - Friso Econômico .......................................................................................................... 45
4.5 - Diferença de Frisos ...................................................................................................... 47
4.6 - Logística do Transporte de Rodeiros ........................................................................... 50
5 - Necessidade de Monitoramento do Ativo........................................................................... 52
5.1 - Sistemas Avançados de Inspeção de Veículos Ferroviários ........................................ 52
6 – Conclusão ........................................................................................................................... 60
7 – Referências Bibliográficas ................................................................................................. 61
ANEXOS.................................................................................................................................. 62
6
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Malha da MRS......................................................................................................... 10
Figura 2 - Mapa Ferroviário Brasileiro .................................................................................... 11
Figura 3 – Desenho Esquemático do Rodeiro.......................................................................... 14
Figura 4 – Desenho Esquemático Processo de Fundição......................................................... 16
Figura 5 – Processo de Forjamento de Roda............................................................................ 17
Figura 6 – Terminologia Aplicada a Roda Ferroviária ............................................................ 18
Figura 7 – Análise Elementos Finitos ...................................................................................... 19
Figura 8 - Perfil Largo AAR-1B ............................................................................................. 21
Figura 9 - Perfil Estreito AAR-1B ........................................................................................... 21
Figura 10 -Terminologia Aplicada a Eixos de Rodeiros.......................................................... 22
Figura 11 - Dimensões Manga de Eixo.................................................................................... 23
Figura 12 – Diagrama de Esforço Cortante no Eixo ................................................................ 24
Figura 13 - Rolamento Tipo Cartucho ..................................................................................... 25
Figura 14 - Rolamento Tipo Autocompensador....................................................................... 26
Figura 15 - Tendência de Centralização do Rodeiro................................................................ 26
Figura 16 - Foto Casa de Rodas do Horto Florestal ................................................................. 27
Figura 17 - Esquema Oficinas da MRS.................................................................................... 28
Figura 18 - Fluxograma Processo Inspeção de Rodeiros ......................................................... 29
Figura 19 - Foto Torno Copiador “ROMI HEGENSCHEIDT” ............................................... 30
Figura 20 - Foto Torno “Farrel”.............................................................................................. 31
Figura 21 - Foto Furadeira Radial ............................................................................................ 32
Figura 22 - Foto “Timken”....................................................................................................... 32
Figura 23 - Foto Prensa CECO (300 toneladas)....................................................................... 34
Figura 24 - Foto Prensa Horizontal .......................................................................................... 34
Figura 25 – Foto Aplicação de Rolamento Cartucho............................................................... 35
Figura 26 - Foto Saque de Rolamento Cartucho ...................................................................... 35
Figura 27 - Gabarito Espessura de Friso .................................................................................. 36
Figura 28 - Fita Medição de Tape de Roda.............................................................................. 37
Figura 29 - Gabarito Medida de Bitola .................................................................................... 37
7
Figura 30 – Desgaste da Pista (esquerda) e Desgaste Lateral do Friso (direita) ...................... 42
Figura 31 – Roda de Múltiplas Vidas na MRS ........................................................................ 44
Figura 32 – Modelagem do Escopo do Ciclo de Manutenção do Rodeiro .............................. 45
Figura 33 - Diferença de Espessura de Friso............................................................................ 48
Figura 34 – Esquema Pêra........................................................................................................ 49
Figura 35 - Sistema de Monitoramento de Sapatas de Freio e Perfis de Rodas....................... 54
Figura 36 – Sistema Completo de Monitoramento Wayside ................................................... 54
Figura 37 – Sistema de Controle dos Equipamentos Wayside ................................................. 55
Figura 38 – Módulo Perfil de Roda – Imagem do Friso da Roda Capturada a 60 mph........... 56
Figura 39 - Módulo Perfil de Roda – Imagem do Aro da Roda Capturada a 60 mph ............. 57
Figura 40 – Exemplo de Medidas de Espessura de Aro........................................................... 58
Figura 41– Exemplo de Medidas de Altura de Friso ............................................................... 58
Figura 42– Exemplo de Medidas de Espessura de Friso.......................................................... 58
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classes de Rodas..................................................................................................... 16
Tabela 2 - Mangas de Eixo....................................................................................................... 23
Tabela 3 - Pressão de Eixamento ............................................................................................. 33
Tabela 4 - Produção Mensal Rodeiros (2006).......................................................................... 38
Tabela 5 - Índice de Sucateamento (2006)............................................................................... 38
Tabela 6 - Redução Espessura de Aro x Friso de Entrada – Reperfilamento .......................... 44
Tabela 7 – Aplicação Friso Economico ................................................................................... 46
Tabela 8 – Percentual de Rodeiros com Diferença de Espessura de Friso ............................. 49
Tabela 9 – Quantidade de Vagões Prancha x Capacidade de Rodeiros (2005) ....................... 50
9
1 – INTRODUÇÃO
1.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS
Atualmente, as empresas têm buscado a constante redução de seus custos
operacionais sem a perda da qualidade do produto final. Na realidade ferroviária, há
vários ativos com elevado custo de aquisição e\ou manutenção. Neste contexto,
insere-se o rodeiro, o qual tem significativa relevância no custo final da manutenção.
Portanto, faz-se necessário elaborar uma revisão acerca dos aspectos da atual
forma de planejamento e práticas de manutenção dos rodeiros da MRS Logística
S.A. como contribuição para se alcançar a melhor maneira de gerenciar este ativo.
A MRS Logística S.A. é a concessionária que opera a chamada Malha Sudeste
da Rede Ferroviária Federal S. A., que era composta pelas Superintendências
Regionais SR3 - Juiz de Fora e SR4 - São Paulo. Foi constituída em agosto de
1996, assumindo a concessão no dia 1º de dezembro do mesmo ano, após a
obtenção por cessão dos direitos adquiridos pelo Consórcio MRS Logística, através
do leilão de privatização, realizado em 20/09/96, na Bolsa de Valores do Rio de
Janeiro, pelo valor de R$888,9 milhões.
Os trechos que foram concedidos para a exploração do transporte ferroviário de
cargas são aqueles que pertenceram às antigas ferrovias Estrada de Ferro Central
do Brasil, as linhas que ligam Rio de Janeiro a São Paulo e a Belo Horizonte, bem
como a Ferrovia do Aço e aqueles pertencentes à Estrada de Ferro Santos-Jundiaí
excluídas as linhas metropolitanas de transporte de passageiros no Rio de Janeiro e
em São Paulo.
Suas linhas interligam as cidades de Belo Horizonte, São Paulo e Rio de Janeiro
e constituem acesso ferroviário aos portos do Rio de Janeiro, Sepetiba e Santos,
10
além de atender ao terminal privativo de embarque de minério de ferro de
propriedade da MBR, na Ilha de Guaíba, na Baía de Angra dos Reis.
Figura 1 - Malha da MRSFonte – Site MRS Logística SA (www.mrs.com.br)
São 1.674 Km de malha - trilhos que facilitam o processo de transporte e
distribuição de cargas numa região que concentra aproximadamente 65% do
produto interno bruto do Brasil.
O foco das atividades da MRS está no transporte ferroviário de cargas gerais,
como minérios, produtos siderúrgicos acabados, cimento, bauxita, produtos
agrícolas, coque verde e contêineres.
11
Figura 2 - Mapa Ferroviário BrasileiroFonte – Site MRS Logística AS (www.mrs.com.br)
1.2 – OBJETIVO
No cenário do planejamento e manutenção dos rodeiros é necessário monitorar
o desgaste das rodas. O gerenciamento estratégico das vidas dos rodeiros e do
processo de reperfilamento visando a redução dos custos e desgaste de rodas são
os principais focos deste trabalho.
12
As funções, processos e demandas da Casa de Rodas do Horto Florestal, a
composição e oscilação do preço médio do rodeiro, a necessidade do
monitoramento constante do ativo, o planejamento e os ciclo da manutenção dos
rodeiros serão alguns dos tópicos abordados.
Os diferentes tipos de rodas e perfis, a freqüência de reperfilamento por
usinagem, a relação entre espessura do friso da roda e o desgaste, limites
econômicos de desgaste, dimensões padronizadas, tolerâncias e variações
permissíveis, instrumentos e técnicas de medição e as premissas adotadas pela
norma AAR (Association of American Railroads) serão, além de outros aspectos,
considerados de maneira a indicar parâmetros de manutenção que levem a um
menor custo final para a empresa.
1.3 – ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
O presente trabalho está dividido em 6 capítulos, sendo o primeiro a introdução,
contendo as considerações gerais, seus objetivos e sua organização.
O capítulo dois descreve de maneira detalhada o que é um rodeiro, cada um de
seus componentes (rodas, eixo e rolamentos), alguns dos tipos de rodeiros, a
iteração das rodas ferroviárias com os trilho e a dinâmica de seu movimento.
No capítulo três são detalhados o funcionamento e os processos da Casa de
Rodas do Horto Florestal, a única unidade da Companhia responsável por dar
manutenção nos rodeiros de toda a frota de Vagões e Locomotivas. São expostos
também alguns dados da produção e custos de manutenção.
O quarto capítulo caracteriza de maneira sucinta o regime de desgaste no
contato roda-trilho, as rodas de múltiplas vidas e o ciclo de manutenção dos rodeiros
da frota de vagões da MRS, abordando alguns dos problemas relacionados a este
13
último tópico como: friso econômico, diferença de espessura de frisos e a logística
de transporte dos rodeiros.
O capítulo cinco aborda a necessidade de monitoramento do ativo rodeiro por
parte da empresa, apresentando os benefícios associados a esta prática.
A conclusão do trabalho está apresentada no capítulo 6, mostrando que é
possível estabelecer diretrizes ou estratégias básicas para gerenciamento do
desgaste dos rodeiros da Companhia e os benefícios práticos da implementação
destas estratégias podem ser realmente substanciais.
14
2 – RODEIRO
O rodeiro ferroviário é composto de duas rodas acopladas por um eixo e um par
de rolamentos acoplados às extremidades do eixo, conforme ilustrado na Figura 3. O
rodeiro tem a função de suportar a carga vertical, devido ao peso próprio do veículo
e da carga transportada. Outra propriedade importante do conjunto é permitir o
direcionamento do veículo, quando trafegar por uma via com alinhamento irregular.
Tal direcionamento é obtido pela variação do raio de rolamento das rodas, que
possui um perfil transversal de rolamento cônico.
Figura 3 – Desenho Esquemático do RodeiroFonte - (Rosa, 2006)
15
2.1 – RODAS
A roda é provavelmente o mais importante componente utilizado na ferrovia.
Maior segurança, maior vida útil, baixo custo por quilômetro rodado, aumento da
velocidade e maior previsibilidade representam fatores de desenvolvimento no
contexto ferroviário. Não obstante, nenhum destes fatores tem maior importância
que o histórico de acidentes ferroviários e a necessidade de adoção de medidas
preventivas demandada pela questão. A segurança de todos os trens que se movem
sobre trilhos depende da integridade de cada roda da composição. Rodas
defeituosas ou desgastadas ao limite estão mais sujeitas a causar descarrilamentos,
resultando em severas perdas.
Rodas de ferro fundido atenderam satisfatoriamente ao segmento ferroviario
durante anos. No entanto, a intensificação do transporte ferroviário de cargas e o
crescente aumento da necessidade de aplicação de carga sobre as rodas exigiram a
utilização de rodas mais robustas e resistente fabricadas com aço. Na atualidade,
rodas de ferro fundido são consideradas obsoletas e sua utilização não é permitida.
Rodas fundidas ou forjadas em aço carbono são permitidas para utilização em
reposição ou montagem de veículos ferroviários novos. Ambas são constituídas de
aço, sendo a variação da composição do aço relativamente sem importância diante
das grandes diferenças microestruturais. No entanto, os processos de fabricação de
ambas são bastante distintos. Rodas forjadas em aço são aquecidas e conformadas
a quente, enquanto rodas fundidas são feitas de metal fundido vazado em moldes.
Os processos de manufatura utilizados pelos diversos fabricantes de rodas
fundidas diferem em muitos detalhes, mas todos foram desenvolvidos para produzir
rodas que atendam às especificações da AAR (Association of American Railroads).
A Figura 4 apresenta em esquema do processo de fundição. No processo de
fabricação de rodas fundidas podem ser utilizadas diversas classes de tratamentos
térmicos, adotando-se variados níveis de carbono na composição do aço. Podem,
também, ser fabricadas em diferentes diâmetros para durarem uma ou múltiplas
16
vidas. Aspectos e definições acerca das rodas de múltiplas vidas serão abordadas
nos próximos capítulos.
Todas as rodas fundidas em aço são submetidas a tratamento térmico para a
obtenção das propriedades metalúrgicas desejadas, visando-se a distribuição
favorável das tensões residuais na roda. Ao receberem tratamento térmico na
superfície de rolamento as rodas são temperadas para atingirem a dureza
necessária especificada pela AAR e são classificadas como rodas A, B, C ou L de
acordo com o nível de carbono e dureza.
Figura 4 – Desenho Esquemático Processo de FundiçãoFonte – (Rosa, 2006)
Tabela 1 - Classes de Rodas
Classe Serviço Carga
L
Serviços de alta velocidade com
condições de frenagem mais severas
que as outras classes.
Leves
AServiços de alta velocidade com
condições de frenagem severas.Moderadas
17
BServiços de alta velocidade com
condições de frenagem severas.Elevadas
C (1)Serviços com condições de frenagem
leves.Elevadas
C (2)
Serviços com condições de frenagem
severas atuando fora da superfície do
rolamento (disco de freio).
Rodas forjadas em aço são fabricadas através de sucessivas operações de
conformação em blocos de aço aquecidos, conforme mostrado na Figura 5. Após a
obtenção do formato final da roda, para ambos os processos de fabricação, aplica-
se o resfriamento controlado.
Figura 5 – Processo de Forjamento de RodaFonte – (Rosa, 2006)
18
Encontra-se na ferrovia na atualidade, basicamente, dois tipos de perfis para
discos de rodas: “parabólico” e “S”. Temos na Figura 6 um esboço de ambos os
perfis.
Figura 6 – Terminologia Aplicada a Roda FerroviáriaFonte – MWL (www.mwlbrasil.com.br)
O perfil “S”, que ainda não é adotado pela AAR, foi recentemente desenvolvido
pela MWL e promete amenizar dois grandes problemas das rodas ferroviárias: as
tensões estáticas (provenientes do peso dos vagões e da carga) e térmicas
(produzidas pela frenagem). A Figura 7 retrata uma análise comparativa através de
Elementos Finitos do perfil “S” em relação a outros.
19
Figura 7 – Análise Elementos FinitosFonte – MWL (www.mwlbrasil.com.br)
Quando uma composição freia, a pista do rolamento da roda funciona como
tambor de frenagem, pois a sapata atua diretamente na pista. Quando isso
acontece, a roda experimenta uma dilatação produzida pelo aumento de
temperatura resultante do atrito.
Assim que o freio para de atuar, a roda volta à temperatura normal, contraindo-se.
Esse “efeito sanfona” em todo o ciclo de vida da roda pode gerar rompimento,
devido à fadiga do material. Para prolongar a vida da roda, é necessário reduzir
essas tensões durante o uso e assim evitar descarrilamentos.
O formato da roda com disco perfil “S”, aumenta a área de troca de calor da roda
para que não aqueça tanto. Esse novo formato já virou uma tendência que é
aplicada em diversas empresas ferroviárias do mundo, especialmente na área de
passageiros com crescente adoção da área de transporte de cargas.
20
2.2 - Iteração Perfil da Roda x Trilho
O perfil da roda e do trilho desempenham papel fundamental nas características
de direcionamento do rodeiro, inscrição em curvas do truque, estabilidade do
veículo, desgaste da superfície e falhas por fadiga. A roda possui perfil cônico que
propicia o auto-direcionamento do rodeiro. Possui também um friso que limita os
deslocamentos laterais máximos, tocando na face lateral do boleto do trilho. O boleto
do trilho possui sua parte superior curva, buscando compromisso entre contato único
(rolamento) e grande área de contato (superfícies conformes). O par de rolamento
(roda/trilho) desgasta-se mutuamente devido à utilização, produzindo nova
conformação de perfis, segundo a dinâmica do sistema a ele conectado.
Os perfis modernos de roda possuem formas que permitem melhor casamento
com os trilhos (conformidade entre as superfícies), buscando elevada área de
contato. Possuem também raios de concordância entre a região de rolamento e o
friso, de forma a possuir conicidade efetiva gradualmente variada em relação ao
deslocamento lateral relativo entre a roda e o trilho, procurando evitar o contato
múltiplo. A busca do perfil ideal esbarra nessas dificuldades que limitam a liberdade
do projeto. Observa-se entretanto, no cenário internacional, o desenvolvimento de
novos perfis (Perfil AAR-1B, Perfil UIC, etc.) com compromisso de contemplar os
aspectos de estabilidade, área de contato e inscrição em curvas. Estes perfis têm
sido testados em diversas ferrovias com resultados aparentemente promissores. O
desenho e dimensões do perfil AAR-1B, utilizado atualmente pela MRS, encontra-se
ilustrado nas Figuras 8 e 9.
Como as propriedades de contato variam bastante em função da forma do perfil,
é necessária uma identificação precisa dos perfis e determinação minuciosa dos
parâmetros de contato.
21
Figura 8 - Perfil Largo AAR-1BFonte – 1997 Car & Locomotive Cyclopedia
Figura 9 - Perfil Estreito AAR-1BFonte – 1997 Car & Locomotive Cyclopedia
22
2.3 - Eixos
A definição mais utilizada para definição de eixo é: “Corpo de aço cilíndrico no
qual as rodas são montadas”. A função do eixo é “segurar” as rodas e transmitir o
movimento dos rolamentos para estas. Observa-se detalhes acerca das dimensões
e terminologia aplicada a eixos de rodeiros na Figura 10.
Figura 10 -Terminologia Aplicada a Eixos de RodeirosFonte – MWL (www.mwlbrasil.com.br)
Assim como as rodas os eixos têm normas especificas a serem adotadas para
fabricação. As especificações de materiais e dimensões para fabricação de eixos
podem ser encontradas na seção G da AAR como descrito abaixo.
- N° M-101 – Eixos, Aço Carbono, Tratados e Não-Tratados Térmicamente
- N° M-1003 – Especificação para Controle de Qualidade
O eixos são classificados de acordo com a capacidade de carga máxima por
eixo e, também, dimensões específicas: diâmetro e comprimento linear das seções
do eixo envolvidas pelos rolamentos. A Tabela 2 em conjunto com a Figura 11
23
trazem a classificação dos eixos aplicada a rodeiros ferroviários e a Figura 12 um
diagrama de esforço cortante ao longo deste.
Figura 11 - Dimensões Manga de EixoFonte - (Rosa, 2006)
Tabela 2 - Mangas de Eixo
Classe
BitolaDimensões da
Manga (D x L)Carga / Eixo
1,0 1,6
3.3/4’’ x 7’’ 7,5 t A O
4.1/4’’ x 8’’ 12 t B P
5’’ x 9’’ 16 t C Q
5.1/2’’ x 10’’ 20 t D R
6’’ x 11’’ 25 t E S
6.1/2’’ x 12’’ 30 t (1,0) \ 32,5 (1,6) F T
6.1/2’’ x 9’’ 30 t (1,0) \ 32,5 (1,6) F T
7’’ x 12’’ 35 t G U
24
Figura 12 – Diagrama de Esforço Cortante no EixoFonte - (Rosa, 2006)
2.4 - Rolamentos
Na atualidade existem basicamente dois tipos de rolamentos: cartucho e
autocompensador. Ambos ilustrados nas Figuras 13 e 14 respectivamente. Na frota
de vagões e locomotivas da MRS encontramos em operação exemplares de ambos
os tipos.
Aos poucos os rolamentos do tipo autocompensador vêm sendo substituídos
pelo tipo cartucho, que apresenta diversas vantagens de utilização. Maior facilidade
e possibilidade de recuperação, manutenção e aplicação, menor custo de
manutenção e aquisição, menor peso e maior eficiência operacional são vantagens
apresentadas pelo rolamento tipo cartucho. A única desvantagem aparente é menor
robustez do cartucho em relação ao autocompensador.
25
Classifica-se os rolamentos de acordo com o tipo de eixo (manga de eixo) ao
qual estes são aplicados. No entanto, detalhes a respeito da classificação e
princípios de funcionamento dos tipos de rolamentos anteriormente especificados
não serão abordados por não representarem maior relevância no escopo deste
trabalho.
Figura 13 - Rolamento Tipo Cartucho
26
Figura 14 - Rolamento Tipo Autocompensador
2.5 - Dinâmica do Rodeiro
Quando há deslocamento lateral do rodeiro em relação à via, o ponto de contato
na roda altera-se, gerando raios de rolamento diferentes para cada roda. Como o
rodeiro possui velocidade angular de rotação idêntica para as duas rodas (rodeiro
considerado torcionalmente rígido), as velocidades tangenciais em cada ponto de
contato são diferentes. Isto produz diferentes velocidade relativas entre a roda e a
via. Como as forças tangenciais de contato entre os dois corpos são proporcionais
às velocidades relativas, são produzidos torques de alinhamento, que garantem a
recentralização do rodeiro. Este fenômeno, representado na Figura 15, permite ao
rodeiro auto-direcionamento, garantindo o acompanhamento das irregularidades da
via férrea.
Figura 15 - Tendência de Centralização do RodeiroFonte - (Rosa, 2006)
27
3 - Casa de Rodas do Horto Florestal
Também conhecida como Oficina de Rodeiros da MRS, a Casa de Rodas do
Horto Florestal, ilustrada na Figura 16, é a única unidade da Companhia responsável
por dar manutenção nos rodeiros de toda a frota de Vagões e Locomotivas. Está
localizada em Belo Horizonte, em um dos extremos da malha ferroviária da MRS.
Figura 16 - Foto Casa de Rodas do Horto Florestal
Basicamente, a função da Casa de Rodas consiste em receber de seus vários
clientes, rodeiros que necessitam de manutenção e devolver a estes, rodeiros em
perfeitas condições de uso. Os clientes vêm a ser todas as oficinas de vagões e
locomotivas da empresa, conforme representado na Figura 17. Os rodeiros
devolvidos são montados com componentes novos e\ou recuperados. É também
função exclusiva da Casa de Rodas sucatear componentes de rodeiros que não
estejam mais em condição de serem recuperados para utilização.
28
Figura 17 - Esquema Oficinas da MRSFonte – Site MRS Logística SA (www.mrs.com.br)
Distinguem-se, claramente, dois processos dentro da oficina: a recuperação de
componentes (rodas, eixos e rolamentos) e a montagem/desmontagem de rodeiros.
Na Figura 18, encontra-se um fluxograma resumido do processo de Inspeção de
Rodeiros e, em anexo, um Layout da Casa de Rodas.
29
Figura 18 - Fluxograma Processo Inspeção de Rodeiros
30
3.1 - Recuperação de Componentes
A recuperação das rodas consiste no processo de reperfilamento por usinagem
nos tornos copiadores da oficina. Este processo refaz os contornos dos aros das
rodas do rodeiro através da retirada de material por torneamento. Após o processo,
recupera-se a forma e as dimensões do perfil original dos contornos dos aros. Como
conseqüência, reduz-se a medida do diâmetro das rodas através da diminuição da
altura dos aros. A utilização de tornos copiadores garante a obtenção de rodas
simétricas após a operação. Os tornos copiadores da Casa de Rodas são do tipo
“ROMI HEGENSCHEIDT” (vide Figura 19). Maiores detalhes a respeito da
sistemática do processo de reperfilamento dos rodeiros da Companhia serão
abordados nos próximos capítulos. Ressalta-se que na Casa de Rodas apenas
rodas de rodeiros de vagões são reperfilados, uma vez que as rodas dos rodeiros de
Locomotivas são reperfilados na fresa de Santos Dumond, sem a necessidade de
serem retirados do veículo. Todas as outras operações que serão abordadas a
seguir são realizadas somente pela Casa de Rodas para os rodeiros de toda a frota
de Vagões e Locomotivas da MRS.
Figura 19 - Foto Torno Copiador “ROMI HEGENSCHEIDT”
31
A recuperação de eixos é feita pela redução do diâmetro dos mesmos, também,
por torneamento para corrigir defeitos superficiais, quando a técnica permitir que as
dimensões do eixo usinado atendam às especificações de tolerâncias e segurança.
Usualmente adota-se o termo rebaixamento de eixo para definir esta operação. Um
eixo de um rodeiro 6 ½ x 12, por exemplo, pode ser rebaixado e tornar-se um eixo
de rodeiro 6 x 11. Utilizam-se para isto Tornos “Farrel” (vide Figura 20). Outro
processo realizado na oficina envolvendo eixos é a furação destes para adequação
à fixação do tipo de rolamento que será aplicado ao rodeiro. Utilizam-se para tal
Furadeiras Radiais (vide Figura 21).
Figura 20 - Foto Torno “Farrel”
32
Figura 21 - Foto Furadeira Radial
Ocorre, também, dentro da oficina, a manutenção dos rolamentos dos rodeiros.
Este processo é inteiramente realizado por uma empresa terceira prestadora deste
serviço situada em anexo à oficina de rodeiros, a “Timken”, ilustrada na Figura 22.
Figura 22 - Foto “Timken”
33
Outros processos aplicados à recuperação de componentes como Retificação de
manga de eixo, Acabamento de eixo, Broqueamento de rodas, dentre outros,
encontram-se descritos nos procedimentos operacionais em anexo.
3.2 - Montagem/Desmontagem de Rodeiros
Na montagem dos rodeiros, basicamente, realiza-se a operação de eixamento
das rodas seguida pela aplicação dos rolamentos. Pode-se utilizar componentes
novos ou recuperados na montagem de um rodeiro. Utiliza-se uma prensa CECO
(300 toneladas), ilustrada na Figura 23, para o eixamento. Ressalta-se para este
procedimento a importância de obter-se uma pressão de eixamento dentro das
tolerâncias estabelecidas por norma e a correta medida de bitola.
Tabela 3 - Pressão de Eixamento
MEDIDA "A" PRESSÃO
- FORÇA-
(TON. MÉTRICA)
MIN MAX
VAGÕES 6.1/2" X 9" 1511,0 1513,0 95 145
6.1/2" X 12" 1511,0 1513,0 95 145
6" X 11" 1511,0 1513,0 90 140
5.1/2" X 10" 1511,0 1513,0 85 120
VAGONETA 1519,0 1521,0 55 90
34
Figura 23 - Foto Prensa CECO (300 toneladas)
Na desmontagem dos rodeiros, basicamente, executa-se saque dos rolamentos
seguida pelo deseixamento das rodas. Utiliza-se a prensa horizontal mostrada na
Figura 24 para o deseixamento.
Figura 24 - Foto Prensa Horizontal
35
As operações de aplicação e saque de rolamentos tipo cartucho ou auto-
compensadores estão caracterizadas em detalhes nos respectivos procedimentos
operacionais que encontram-se em anexo. Os equipamentos utilizados em ambas
as operações estão mostrados nas Figuras 25 e 26.
Figura 25 – Foto Aplicação de Rolamento Cartucho
Figura 26 - Foto Saque de Rolamento Cartucho
36
3.3 - Operações de Medição
No decorrer das diversas operações que são realizadas na Casa de Rodas
realizam-se medições. Dentre elas, é relevante detalhar-se as medições de
espessura de friso de roda, tape de roda e bitola de rodeiro.
Faz parte do procedimento “Usinagem de rodeiro no torno Hegenscheid” (ver
anexos) a medição da espessura dos friso das rodas dos rodeiros antes e depois do
torneamento. Utiliza-se um gabarito, tal qual representado na Figura 27 para esta
medição. A espessura do friso é indicada no ponto “D” e corresponde à espessura
medida no ponto de bitola, no caso, o ponto “C”.
Figura 27 - Gabarito Espessura de Friso
Dentro do mesmo procedimento citado acima, realiza-se, também, a medição do
tape das rodas após o torneamento. O tape da roda corresponde ao diâmetro da
mesma. Faz-se a medição do tape para verificar se a espessura final dos aros das
rodas atende ao limite mínimo de segurança para operação e para classificação dos
rodeiros. É necessário que os rodeiros instalados em um mesmo vagão estejam
dentro de uma mesma faixa de medidas de tape, fazendo-se necessário classificar
os mesmos. Utiliza-se uma fita, conforme ilustrado na Figura 28 para esta medição.
37
Figura 28 - Fita Medição de Tape de Roda
Ao término da operação de eixamento das rodas realiza-se a conferência da
bitola para verificação da conformidade da bitola do rodeiro com a bitola de
operação da malha ferroviária da MRS, no caso 1,6 m. Utiliza-se um gabarito, tal
qual ilustrado na Figura 29 para esta verificação.
Figura 29 - Gabarito Medida de Bitola
38
3.4 - Produção da Casa de Rodas
Tabela 4 - Produção Mensal Rodeiros (2006)
jan/00 fev/00 mar/00 abr/00 mai/00 jun/00 jul/00 ago/00 set/00 out/00 nov/00 dez/00 Total Média M
331 459 657 671 704 770 916 1183 1152 1038 1033 1070 9984 832
jan/01 fev/01 mar/01 abr/01 mai/01 jun/01 jul/01 ago/01 set/01 out/01 nov/01 dez/01 Total Média M
909 592 802 929 1192 1100 1038 897 808 1037 976 741 11021 918
jan/02 fev/02 mar/02 abr/02 mai/02 jun/02 jul/02 ago/02 set/02 out/02 nov/02 dez/02 Total Média M876 751 879 980 1143 1065 1158 956 964 1259 931 803 11765 980
jan/03 fev/03 mar/03 abr/03 mai/03 jun/03 jul/03 ago/03 set/03 out/03 nov/03 dez/03 Total Média M701 666 772 816 903 1323 1394 1302 1215 1112 901 904 12009 1001
jan/04 fev/04 mar/04 abr/04 mai/04 jun/04 jul/04 ago/04 set/04 out/04 nov/04 dez/04 Total Média M1347 1234 1499 1345 1448 1496 1401 1532 1370 1347 1323 1401 16743 1395
jan/05 fev/05 mar/05 abr/05 mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 out/05 nov/05 dez/05 Total Média M1361 1049 1357 1333 1428 1421 1487 1681 1694 1431 1504 1262 17008 1417
jan/06 fev/06 mar/06 abr/06 mai/06 jun/06 jul/06 ago/06 set/06 out/06 nov/06 dez/06 Total Média M1330 1084 1760 1429 1707 1576 8886 1481
Tabela 5 - Índice de Sucateamento (2006)
Insp. Suc. Insp. Suc. Insp. Suc. Insp. Suc. Insp. Suc. Insp. Suc. Insp. Suc.RODA A-33 Rodeiro 5.1/2" x 10" 54 20 32 8 22 64 20 32 28 26 4 250 60RODA CR-33/ R-33 Rodeiro 6" x 11" 1342 452 768 192 734 146 924 178 1354 274 1206 380 1112 376 7440 1998RODA CK-36/ K-36 Rodeiro 6.1/2" x 12" 1386 654 1098 424 1408 444 1336 410 1680 626 1708 600 946 286 9562 3444RODA CF-36/ F-36 Rodeiro GE-U20 48 48 2 12 12 2 2 4 4 68 66RODA A-40/ E-40 Rodeiro GE-U23/ GM 128 106 36 24 80 80 156 140 78 78 4 4 20 20 502 452
OUTRAS RODAS 18 40 6 6 112 112 56 56 232 174
EIXO 5.1/2" X 10" 27 1 10 16 4 11 32 3 16 6 13 125 14
EIXO 6" X 11" 671 49 384 36 367 23 462 25 677 25 603 35 556 12 3720 205
EIXO 6.1/2" X 12" 693 30 549 27 704 24 668 22 840 41 854 22 473 6 4781 172
EIXO 6.1/2" X 9" 6 12 25 1 30 1 25 24 34 156 2
EIXO LOCO 1500 HP
EIXO LOCO CATERP.
EIXO LOCO GE U-20 24 4 1 6 2 1 1 2 2 34 9
EIXO LOCO GE U-23 41 2 16 2 36 2 46 2 31 2 2 4 176 10
EIXO LOCO GM 23 2 2 4 2 32 2 8 2 6 75 8
EIXO OUTROS EIXOS 9 20 3 56 28 116
ENGRENAGEM 74-D 41 16 36 46 31 1 2 2 4 176 3
ENGRENAGEM 70-D 14 2 4 18 9 4 2 42 11
ENGRENAGEM 63-D 11 11
ENGRENAGEM 62-D 9 14 4 3 6 33 3
Total sucatadescrição Material
JULMAR ABR MAIJAN FEV JUNTotal insp.
39
Os dados anteriores descrevem o funcionamento da oficina em um único turno
de 12h por dia. A mão de obra empregada é de 10 funcionários da MRS e 30
terceiros.
O Índice de Sucateamento representa o percentual dos componentes
inspecionados que foi sucateado. A capacidade instalada atual da Casa de Rodas
por turno de 12h é de 3.000 rodeiros por mês ou 36.000 rodeiros por ano.
Confrontando-se os dados da produção apresentados com a capacidade instalada,
observa-se que ainda não se utiliza a capacidade produtiva total da oficina. São
vários os fatores que contribuem para isto além da falta de demanda, dentre eles
destacam-se a baixa disponibilidade dos equipamentos e a freqüente falta de
material. Este último causado por diversos sub-fatores que serão abordados nos
próximos capítulos.
3.5 - Preço-Médio do Rodeiro
Como excplicado anteriormente, as oficinas clientes da Casa de Rodas do Horto
Florestal enviam os rodeiros que necessitam de manutenção e recebem rodeiros
novos e/ou recuperados.
Existe um preço a ser pago pelas oficinas clientes da Casa de Rodas pelos
rodeiros que chegam até estas. Este preço reflete o custo da manutenção do ativo.
No entanto, este custo não é diferenciado por rodeiro, ou seja, apesar da
manuenção de cada rodeiro se dar em função de necessidades específicas
individuais e do custo dessa manutenção ser diferente para cada rodeiro,o preço a
ser pago pelo rodeiro é denominado preço-médio.
O preço-médio dos rodeiros é calculado em função do custo total de
manutenção dos rodeiros e do número de rodeiros novos e/ou recuperados que
foram produzidos pela Casa de Rodas em um determinado período de tempo. O
preço-médio, então, é sensível principalmente ao índice de sucateamento dos
40
componentes dos rodeiros e à oscilação do preço de mercado dos componentes
novos.
41
4 - Gerenciamento do Desgaste das Rodas
4.1 - Regime de Desgaste no Contato Roda-Trilho
Tournay (1997) utiliza-se de uma interessante abordagem sintética sobre as
condições de desgaste geralmente observadas no contato roda-trilho e sobre
alternativas para gerenciamento deste desgaste. De acordo com o seu trabalho,
pode-se classificar as ferrovias em dois grupos, quanto à forma de desgaste no
contato roda-trilho: regime de desgaste e regime de stress.
No regime de desgaste, destaca-se o desgaste lateral dos frisos das rodas dos
rodeiros, enquanto no regime de stress não há desgaste lateral importante no friso e
destacam-se as tensões de contato, bastante elevadas, geradas pelo desgaste
côncavo da pista (friso alto). Ambos os comportamentos encontram-se esboçados
na Figura 30.
Na MRS, observa-se um desgaste de friso desproporcionalmente grande em
relação ao desgaste na pista de rolamento. Constata-se portanto que a empresa
opera em regime de desgaste e a quase totalidade das rodas são sucateadas em
função de friso fino, e de maneira quase insignificante, pelo friso alto que caracteriza
o desgaste côncavo na pista. Isto decorre basicamente das características do
traçado da malha ferroviária.
42
Figura 30 – Desgaste da Pista (esquerda) e Desgaste Lateral do Friso (direita)Fonte - (Pascual e Marcos, 2004)
No contato em regime de desgaste, as ferrovias costumam apresentar uma
combinação de um ou mais dos seguintes fatores típicos (Tournay, 1997):
- raios de curva pequenos;
- base rígida longa e truque convencionais;
- inscrição inadequada dos truques;
- rodeiros desalinhados;
- contato roda-trilho mal lubrificado;
- amplo desgaste lateral para roda e trilho;
- ampla variação na bitola da via em curvas e retas;
- trilho de material mais macio;
- encaixe entre roda e trilho com desgaste, quando o contato é feito no friso
(curvas).
O regime de desgaste está geralmente associado a traçados predominantemente
sinuosos, capazes de gerar ângulos de ataque amplos e esforço lateral acentuado.
Resulta daí um tipo de contato abrasivo que usina o friso da roda e o boleto do trilho,
progressivamente, tornando-os finos até o limite de rejeito. Também em virtude
destas características geométricas, o trilho interno das curvas de pequeno raio pode
sofrer deformação plástica substancial. Em geral isto ocorre para patamares de
transporte suficientemente elevados ou quando a superelevação calculada para
trens em um dos sentidos resulta exagerada para a velocidade real dos trens no
sentido contrário. Na prática, isto é freqüentemente observados em perfis íngrimes.
4.2 - Rodas de múltiplas vidas
Todas as próximas abordagens acerca de rodas e demais componentes de
rodeiros aplicam-se à frota de vagões da Companhia. Não menos importante, o ciclo
de manutenção dos rodeiros das locomotivas não é o foco principal deste trabalho.
43
A vida útil de uma roda corresponde ao total de quilômetros rodados até que ela
seja sucateada. A espessura do friso diminui devido ao desgaste lateral do mesmo;
então a roda é reperfilada para um determinado diâmetro com a conseqüente
diminuição da espessura do aro. Esse ciclo continua até que a espessura do aro
seja mínima e não haja mais material para ser retirado. Portanto, a vida útil de uma
roda é determinada pelo desgaste do friso em conjunto com as práticas de
reperfilamento.
As rodas novas de vagões são de 36’’ de diâmetro medidas na linha de tape
para rodeiros ‘6½ x 12’ e ‘6½ x 9’ e 33” para ‘6 x 11’ e ‘5½ x 10’, ambas com
espessura de friso 36 mm, espessura de aro 63,5 mm, de múltiplas vidas. Aplicam-
se, na MRS, três vidas para os rodeiros. Alguns problemas no ciclo de manutenção
dos rodeiros da MRS são fatores que vêm a diminuir tanto a vida útil das rodas,
quanto o número de vidas das mesmas. Alguns desses fatores serão abordados
posteriormente neste trabalho.
De acordo com os procedimentos adotados pela MRS, os limites de rejeição e de
torneamento de frisos quanto à espessura (friso fino) são:
- Nas vidas intermediárias, o limite para torneamento atendendo a critério
econômico é de : 24 mm (15/16”);
- Na última vida o limite de rejeição é de : 21 mm (13/16”).
O limite de rejeição quanto ao contorno (friso vertical) é atingido quando este
apresenta, na geratriz do aro, uma face vertical com altura mínima de 25 mm (1”) e
quanto à altura quando, por desgaste da superfície de rolamento, apresentar altura
mínima de 38 mm (1½”). O limite de rejeição de aro quanto à espessura (aro fino) é
atingido quando o aro apresentar espessura mínima de 19 mm (3/4”) para as rodas
de 33” e 25,4 mm (1”) para 36”.
Conforme descrito anteriormente, na operação de reperfilamento diminui-se o
diâmetro das rodas. Temos na Tabela 6 a redução necessária na espessura do aro
em função da espessura do friso no início do processo de torneamento para que o
mesmo seja recomposto para 32 mm:
44
Tabela 6 - Redução Espessura de Aro x Friso de Entrada – Reperfilamento
Espessura Friso (mm) Redução Espessura Aro (mm)
32 0
31 1.5875
30 3.175
29 4.7625
28 6.35
27 7.9375
26 9.525
25 11.1125
24 12.7
23 14.2875
Conforme exposto anteriormente, é característico na MRS a predominância do
desgaste da espessura do friso sobre a pista de rolamento. Desta maneira podemos
considerar insignificante o desgaste da pista de rolamento das rodas em operação
entre as vidas dos rodeiros. Temos na Figura 31 uma representação das vidas de
um rodeiro.
Figura 31 – Roda de Múltiplas Vidas na MRS
45
4.3 - Ciclo de Manutenção do Rodeiro
Temos na Figura 32 a modelagem do escopo do ciclo de manutenção dos
rodeiros da frota de vagões da MRS.
Figura 32 – Modelagem do Escopo do Ciclo de Manutenção do Rodeiro
Os rodeiros novos ou recuperados são disponibilizados pela Casa de Rodas
para as oficinas. Nas oficinas eles são instalados nos vagões e estes começam a
circular pela malha. Ao atingirem a espessura de friso 24 mm, atendento a critério
econômico, eles devem ser retirados dos vagões, também nas oficinas, e
transportados para a Casa de Rodas. Na Casa de Rodas eles são inspecionados,
recuperados ou sucateados e a partir daí o ciclo recomeça novamente.
4.4 - Friso Econômico
Por definição o friso econômico define a espessura do friso ideal para que a roda
seja reperfilada para obter-se um baixo custo de manutenção para o rodeiro.
46
Subentende-se a partir deste conceito que esta prática maximize a vida útil da
roda, ou seja, a quantidade de quilômetros rodados. Justifica-se, na MRS, o fato de
utilizar-se rodas de múltiplas vidas pelo fato do custo do processo de reperfilamento
ser extremamente baixo se comparado com o custo de rodeiros montados com
rodas novas, mesmo com rodas de vida única. Portanto, é muito importante o
gerenciamento das vidas dos rodeiros. Ressalta-se que o custo do processo que
utiliza-se como referência abrange apenas os custos do processo dentro da Casa de
Rodas, não levando em consideração, por exemplo, o custo de transporte dos
rodeiros entre a Casa de Rodas e as oficinas.
De acordo com a definição do friso econômico (24 mm), o regime de desgaste e
o processo de reperfilamento temos a Tabela 7:
Tabela 7 – Aplicação Friso Economico
Fe (mm) Fs (mm) Ae (mm) As (mm)1a Vida 36 241o Reperfilamento 24 32 63,5 50,82a Vida 32 242o Reperfilamento 24 32 50,8 38,13a Vida 32 243o Reperfilamento 24 32 38,1 25,44a Vida 32 24
Fe: Friso entrada As = Ae - 12,7 (Tabela XXX)Fs: Friso saídaAe: Aro entradaAs: Aro saida
63,5
50,8
38,1
25,4
A tabela acima aplica-se tanto as rodas de 33” de diâmetro, quanto às de 36”.
Empregam-se rodas de 36” para vagões manga “T” e 33” para manga “S” e “R”.
Analisa-se a tabela acima de maneira diferente para as rodas 33” e 36”.
Os vagões que compõem a frota manga “T” (roda 36”) da Companhia são os
modelos GDT e HAT, ambos atuam nas operações de heavy-haul, transportam,
principalmente, minério de ferro. Os limites de rejeição de aro quanto à espessura
(aro fino) são 25,4 mm (1”) para HAT e 33,7 mm (1 3/8”) para GDT. Nota-se, de
47
acordo com a tabela, que adotando-se o friso econômico (24 mm) aplicam-se 4
vidas para vagões HAT e 3 vidas para vagões GDT. Varias inadequações podem ser
percebidas a partir dos dados acima. Observa-se, por exemplo, que o rodeiro passa
precocemente para a 3a vida, onde só se aplica ao vagão HAT, com a espessura do
aro ainda acima do limite de rejeito. Isto representa um desperdício na vida útil do
rodeiro. O rodeiro poderia circular por mais tempo na 2a vida, e passar pelo 2o
reperfilamento com um friso de entrada inferior a 24 mm. A quantidade que seria
retirada a mais na espessura do aro, conforme especificado na Tabela 6, no
torneamento, seria aceitável. Na prática observamos a aplicação de apenas 3 vidas
aos rodeiros manga “T”, “S” ou “R”. No caso da manga “T” 2 vidas para GDT e 3
para HAT. Ressalta-se também o fato da frota de vagões HAT ser muito inferior a
GDT. Isto ocasiona, na prática, um acúmulo na quantidade de rodeiros disponíveis
para HAT em 3a vida. Ocorre que os rodeiros manga “T” em 1a e 2a vida são
aplicados apenas em vagões GDT e em 3a vida em HAT. Uma das conclusões que
podem ser tiradas desta análise é a existência de uma divergência muito grande
entre a teoria e a prática, no que tange ao gerenciamento apropriado das vidas dos
rodeiros. Isto tem sido alvo de freqüentes discussões e análises na MRS.
Analisa-se os rodeiros de rodas 33”, aplicados às mangas “S” e “R” da mesma
maneira que os rodeiros aplicados aos vagões HAT (manga “T”), salvo a espessura
mínima de rejeito do aro ser 19 mm (3/4”).
4.5 - Diferença de Frisos
Freqüentemente, observa-se na Casa de Rodas a chegada de rodeiros com
diferentes espessuras de friso nas rodas, conforme a representação abaixo:
48
Figura 33 - Diferença de Espessura de Friso
Sucessivas curvas realizadas pelo rodeiro com a mesma roda apoiada sobre o
trilho externo à curva, causa maior desgaste no friso da mesma em relação à outra.
Isto porque a tensão no contato roda-trilho nela é superior.
Na prática, o fenômeno descrito acima ocorre quando um vagão realiza curvas
mais intensamente em um mesmo sentido ao longo do seu ciclo de circulação na
malha ferroviária. Entenda-se a variação da intensidade das curvas em função do
diferentes fatores: desequilíbrio entre número de curvas para um lado ou para o
outro, variação entre os raios, variação entre as inclinações da via e do peso bruto
instantâneo do vagão.
Algumas das conseqüências desse fenômeno são a diminuição da vida útil do
rodeiro e do número de vidas deste. Conforme descrito anteriormente, o processo de
reperfilamento é realizado em torno copiador para que tenhamos, ao final do
processo, rodas idênticas quanto ao diâmetro, contorno do aro e espessura de friso.
Assim, um rodeiro com diferença de espessura de friso entre as rodas terá como
parâmetro de reperfilamento a roda com menor espessura de friso. Será feita a
retirada desnecessária de material na roda com maior espessura de friso. Dessa
maneira, o rodeiro tem a sua vida útil reduzida pois, caso tivesse desgaste de ambos
os frisos igualmente, teria circulado por mais tempo até que ambas as rodas
atingissem a mesma espessura de rejeito. Além disso, o rodeiro pode cair
diretamente, por exemplo, da primeira para a terceira vida, ou mesmo, da segunda
vida para a sucata, tendo seu número de vidas reduzido.
49
Para que o fenômeno acima seja controlado, é necessário que seja realizado de
maneira controlada o giro dos vagões na linha. Isso implica em colocar a roda do
rodeiro que circula sempre sobre o mesmo trilho ao longo do ciclo de circulação
deste para circular sobre o outro trilho e vice-versa. Tal operação pode ser realizada
em pêras, conforme ilustrado na Figura 34, ou mesmo retirando-se o vagão da linha
e girando o mesmo 180o antes de recolocá-lo novamente sobre os trilhos.
Figura 34 – Esquema Pêra
As freqüências de ocorrência do fenômeno acima constatadas a partir da coleta
e análise de amostras na Casa de Rodas podem ser observadas na Tabela 8.
Tabela 8 – Percentual de Rodeiros com Diferença de Espessura de Friso
50
Diferença Friso (mm) Rodas 33" Rodas 36"0 8,60% 14,1%1 14,30% 23,1%2 20,00% 17,3%3 14,30% 15,4%4 25,70% 11,5%5 5,70% 7,1%6 8,60% 8,3%7 2,90% 0,6%8 0,00% 1,3%9 0,00% 0,6%
10 0,00% 0,0%11 0,00% 0,6%12 0,00% 0,0%13 0,00% 0,0%14 0,00% 0,0%15 0,00% 0,0%
Percentual Rodeiros
4.6 - Logística do Transporte de Rodeiros
Conforme descrito anteriormente, a Casa de Rodas é única na empresa e está
localizada em Belo Horizonte, em um dos extremos da malha ferroviária da MRS.
Isso pode ser observado na Figura 17 no Capítulo 3. Para que os rodeiros cheguem
até a Casa de Rodas e retornem até as várias oficinas clientes desta é necessário
haver uma logística eficiente deste transporte que é realizado preferencialmente via
ferrovia. Transportam-se rodeiros sobre vagões pranchas adaptados para este fim.
Estes vagões não possuem igual capacidade de transporte (vide Tabela 9).
Tabela 9 – Quantidade de Vagões Prancha x Capacidade de Rodeiros (2005)
51
Capacidade Núm. Rodeiros Qtde Vagões12 213 215 916 317 219 220 421 223 126 2
Por estar localizada em uma ponta da malha, os intervalos de tempo para que os
rodeiros sejam transportados da Casa de Rodas até as oficinas e vice-versa são
individuais por oficina. As quantidades demandas de rodeiros para cada oficina são,
também, individuais e variáveis ao longo do tempo. Portanto, é necessário
coordenar de maneira contínua a circulação dos vagões prancha através da malha
em função da disponibilidade de trens para anexa-los, da demanda de cada oficina e
dos intervalos de tempos disponíveis para que não faltem rodeiros na Casa de
Rodas ou nas oficinas.
Para que os vagões prancha cheguem até a Casa de Rodas é necessário que
os mesmos passem por um trecho de aproximadamente 15 km da malha de outra
Companhia, a FCA (Ferrovia Centro-Atlântica). É necessário pedir direito de
passagem que é concedido de acordo com a disponibilidade da FCA. Isto representa
um gargalo ao escoamento dos vagões uma vez que freqüentemente a MRS não
consegue o direito de passagem de acordo em sincronia com as suas necessidades.
Uma outra opção para o transporte de rodeiros é a utilização do modal
rodoviário. Eventualmente utiliza-se de caminhões para este fim. Os caminhões
transportam uma menor quantidade de rodeiros por viagem, mas realizam o
transporte com maior previsibilidade nas entregas. Do ponto de vista financeiro não
é possível realizar uma comparação quanto aos respectivos custos uma vez que não
encontra-se disponível o custo de transporte dos rodeiros através da malha
ferroviária da MRS.
52
5 - Necessidade de Monitoramento do Ativo
Experiências têm mostrado que boa parte do aparente mistério que envolve as
questões relacionadas ao contato roda-trilho pode ser claramente elucidado com a
introdução de uma abordagem de investigação do tipo passo-a-passo, elaborada
para entendimento e gerenciamento do contato, tanto em regime de desgaste como
de stress (Tournay, 1997).
A avaliação constante e precisa do perfil de desgaste da roda e do trilho
permitirá a identificação de pontos de súbita mudança da taxa de desgaste.
Freqüentemente esses pontos definem limites de desgaste que, se observados,
podem resultar em substancial economia de energia e prolongamento da vida útil
para componentes do equipamento e via. O segredo para entendimento dos
fenômenos e escolha da estratégia mais adequada de gestão dos desgastes é o
monitoramento constante, até mesmo porque as circunstâncias podem se modificar
ao longo do tempo (Tournay, 1997).
Recomenda-se determinar os limites econômicos de desgaste típicos da
ferrovia, por intermédio da observação dos pontos de brusca mudança na taxa de
desgaste. Para isso, é necessário um monitoramento contínuo e sistemático dos
desgastes.
5.1 - Sistemas Avançados de Inspeção de Veículos Ferroviários
Segurança, confiabilidade dos sistemas, serviços personalizados, produtividade
e a lucratividade de uma ferrovia dependem do conhecimento preciso do
desempenho e condições de manutenção do seu material rodante. Sistemas de
monitoramento Wayside (ao lado da via) têm evoluído continuamente e aumentado a
capacidade de monitorar um maior número parâmetros quase que em tempo real
53
com cada vez maior precisão. Sistemas automáticos de inspeção de veículos
ferroviários são fundamentais para minimizar riscos e falhas potenciais resultantes
da má performance destes, contribuindo para aumentar a segurança e produtividade
da operação ferroviária. Sistemas avançados de inspeção que utilizam alta
tecnologia são dotados de maior precisão, eficiência e rapidez nas tarefas de
inspeção. Esses sistemas são denominados “Machine Vision” (Visão de Máquina),
devido à sua aproximação da capacidade da visão humana de visualização e
interpretação de imagens.
Sistemas avançados de captura de vídeo para aquisição de dados quantitativos
acerca de componentes críticos de veículos ferroviários foram desenvolvidos a partir
da integração de câmeras wayside, sistemas de controle, bancos de dados e
softwares avançados.
Os Sistemas de Monitoramento Wayside, de maneira geral, são compostos de
módulos para monitoramento de rolamentos, alinhamento de truck, superfície de
rodas, sapatas de freio e perfil de contorno e desgaste de roda e, além de outros.
Dentre os módulos citados acima o módulo de monitoramento do perfil de
contorno e desgaste de rodas monitora os parâmetros acerca do desgaste de rodas
que estão diretamente relacionados ao processo de reperfilamento. Esses
parâmetros são a espessura de friso, altura de friso, espessura de aro e diâmetro da
roda. Uma instalação típica deste equipamento pode ser observada nas Figuras 34 e
35.
54
Figura 35 - Sistema de Monitoramento de Sapatas de Freio e Perfis de RodasFonte – (Lundgren)
Figura 36 – Sistema Completo de Monitoramento WaysideFonte – (Lundgren)
55
Na Figura 34 observa-se a instalação de um sistema de monitoramento de
sapatas de freio e perfis de rodas. Câmeras de alta resolução estão instaladas para
captura precisa de imagens que são, em seqüência, disponibilizadas para análise
quantitativa de suas dimensões. Uma instalação completa pode ser observada na
Figura 35. O sistema de controle, análise de dados computadorizado e demais
equipamentos ficam dispostos em racks, abrigados em um hut que pode ser, por
exemplo, um container. As instalações elétricas e conexões de comunicação
completam a instalação.
Figura 37 – Sistema de Controle dos Equipamentos Wayside
Fonte – (Lundgren)
56
Em operação, o sistema fornece os dados de entrada para o software de
análise, que vêm a ser as imagens fotográficas capturadas. Seguem algumas
exemplos de imagens de rodas.
Figura 38 – Módulo Perfil de Roda – Imagem do Friso da Roda Capturada a 60mph
Fonte – (Lundgren)
57
Figura 39 - Módulo Perfil de Roda – Imagem do Aro da Roda Capturada a 60mph
Fonte – (Lundgren)
Ambas as imagens foram capturadas em um teste utilizando-se de um veículo
ferroviário movendo-se a velocidade constante de 96 km/h (60 mph). A partir da
utilização de perspectivas práticas as imagens são processadas para obterem-se as
medidas necessárias que serão comparadas com os padrões de tolerância
prescritos ao sistema. Então, atende-se aos requisitos da tolerância ou indica-se a
necessidade de manutenção.
Exemplos de dados coletados acerca de 7 passes a 96 km/h de um veículo
ferroviário de teste estão representados nas Figura XX a XXX. São exemplos de
medidas de espessura de aro, altura de friso e espessura de friso respectivamente.
Para a verificação e validação dos dados de saída, múltiplas medidas são coletadas
a partir de veículos ferroviários préviamente medidos estáticamente utilizando-se
instrumentos de medição direta como o perfilômetro de rodas “MiniProf”. Essas
medidas são adotadas como referência. Os limites superior e inferior de controle, ou
tolerância, são calculados baseados em variações possíveis e previsíveis na
uniformidade (nominalmente na ordem de 0,5 mm) da circunferência da roda e das
tolerâncias inerentes ao procedimento padrão de medição de campo. No caso do
manual de campo da AAR, eles são da ordem de 0,8 mm (altura de friso, espessura
de friso e espessura de aro).
58
Figura 40 – Exemplo de Medidas de Espessura de AroFonte – (Lundgren)
Figura 41– Exemplo de Medidas de Altura de FrisoFonte – (Lundgren)
Figura 42– Exemplo de Medidas de Espessura de FrisoFonte – (Lundgren)
Várias e extensas analises de custo/benefício foram conduzidas pela AAR,
focadas no potencial dos sistemas automatizados de inspeção para reduzir custos e
prover benefícios aos operadores ferroviários. Como exemplos, análises econômicas
dos benefícios e custos do monitoramento do perfil de rodas foram realizadas.
59
Os sistemas de monitoramento de perfil de rodas fornecem aos operadores de
veículos ferroviários medidas periódicas das dimensões citadas anteriormente. Isso
torna possível aos operadores preverem modificações nas rodas e então planejarem
e controlarem as manutenções do respectivo ativo de acordo com suas
necessidades. A habilidade de monitorar as dimensões das rodas possibilita que
medidas sejam tomadas para a redução de descarrilamentos causados por “friso
fino”, desgaste da pista de rolamento e demais fatores passíveis de associação ao
desgaste de rodas.
60
6 – Conclusão
Atualmente o item rodeiro representa um dos maiores custos variáveis da
empresa. Conclui-se com este trabalho que é possível e necessário estabelecer
diretrizes ou estratégias básicas para gerenciamento do desgaste dos rodeiros da
Companhia e os benefícios práticos da implementação destas estratégias podem ser
realmente substanciais.
Para tanto, é fundamental a implantação e utilização adequada de um sistema
eficiente de monitoramento contínuo e sistemático dos desgastes dos rodeiros em
circulação.
Uma vez monitorados todos ou parte dos rodeiros da Companhia, pode-se a
partir de um banco de dados realizar-se múltiplas análises. Desde análises técnicas
imediatas visando-se, por exemplo, tomar medidas para evitar-se descarrilamentos
iminentes, aumentando-se a confiabilidade da frota de vagões e locomotivas, até
mesmo análises econômicas objetivando-se tomar decisões para controlar o preço
médio do ativo na empresa.
Em função dos dados do sistema de monitoramento passa a ser possível
identificar tendências de desgaste dos rodeiros em função de rotas de circulação
específicas. Mediante a isso pode-se, por exemplo, identificar trechos de via onde o
desgaste dos rodeiros que por ali circulam seja acentuado e tomar medidas para
aliviar este desgaste.
Os últimos dados coletados pelo sistema de monitoramento representam a
situação atual da frota monitorada. Através das tendências de desgaste previamente
identificadas pela análise da base de dados histórica, pode-se realizar projeções e,
de certa forma, prever o volume, o momento e as características das manutenções
futuras. Enfim, assim como as análises baseadas nos cenários e hipóteses
propostas, análises reais podem ser realizadas para fundamentar decisões de
acordo com as estratégias da Companhia.
61
7 – Referências Bibliográficas
LUNDGREN, Jim; Advanced Rail Vehicle Inspection Systems; Transportation
Technology Center, USA.
PASCUAL, Fernando; MARCOS, José-Antonio; Wheel Wear Management on High
Speed Passanger Rail: A Common Playground for Design and Maintenance
Engineering in the Talgo Engineering Cycle; Baltimore, Maryland, USA; Abril 2004.
ROSA, Paulo Mauricio Costa Furtado; Curso de Especialização em Transporte
Ferroviário de Cargas; IME; Novembro 2005.
TOURNAY, Harry; Managing Rail and Wheel Interaction; África do Sul; Fevereiro
1997.
62
ANEXOS