Forças e choques na dinâmica longitudinal de composições ferroviárias

Abstract

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Made available in DSpace on 2018-09-01T15:58:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OliveiraJunior_AlbertoJorgeSalesDe_M.pdf: 4524641 bytes, checksum: bfb0be3b3d1fca7870e2ff49f388a8a2 (MD5) Previous issue date: 2017 Resumo: Sistemas de freio pneumáticos são usados em aplicações ferroviárias devido o seu adequado custo-benefício nas operações de transporte de carga. Como resultado, vagões localizados no trecho final da composição são freados posteriormente àqueles localizados no início, o que pode induzir a elevadas forças de impacto entre os vagões. A energia é absorvida e dissipada em tais impactos pelos componentes (ou aparelhos) de choque e tração. A modelagem e a simulação do funcionamento de tais aparelhos, portanto, é de grande importância para o estudo da dinâmica longitudinal de composições ferroviárias. O presente trabalho apresenta modelos computacionais para simulação em MATLAB/Simulink® dos esforços nos aparelhos de choque e tração entre vagões, devido à aplicação da carga motriz, frenagem e esforços resistivos ao movimento em composições ferroviárias de carga operantes nas ferrovias brasileiras. Os esforços entre vagões são determinados bem como as condições em que o impacto ocorre, contribuindo para a implementação de rotinas de operação seguras pelos engenheiros e técnicos. Nesse estudo, um perfil de via-permanente ideal é proposto considerando o movimento da composição ferroviária em retas tangentes, aclives, declives e curvas. O modelo consiste de uma composição de 104 veículos conectados por um modelo de aparelho de choque e tração com comportamento histerético e sujeito à ação de forças externas como resistência ao movimento, resistência à curvatura, forças de gravidade e frenagem pneumática. A modelagem do aparelho de choque e tração e a aplicação não linear dos freios influenciam a resposta do sistema dinâmico de forma realística. Finalmente, as previsões do modelo são comparadas com valores obtidos na literatura e em simuladores de composições ferroviárias Abstract: The pneumatic brake system is used in long freight railroad compositions, due to its adequate cost-benefit in train operation. As a result, the cars located at the rear end of the composition experience the braking effects after those located in front, which can induce high longitudinal forces and impact between the cars. This energy is absorbed and dissipated by the coupler and draft gear components, respectively, and, thus, their modelling and simulation are of great importance in the study of railway longitudinal vehicle dynamics. The present work presents computational models for simulation in MATLAB/Simulink® of in-train coupler forces due to application of traction forces, pneumatic brake and propulsion resistance of typical freight railroad compositions of Brazilian railway tracks. The in-train coupler forces are determined as well as the conditions in which the impact occur helping engineers to assess the train operational conditions. In this study an ideal railway track profile is proposed considering the train movement along tangent track, downgrades, upgrades and curving. The model consists of a train composition of 104 vehicles, connected by hysteretic draft gear mechanisms and subjected to external forces such as propulsion resistance, curving resistance, gravity forces and pneumatic braking application. The draft gear model and the non-linear application of the pneumatic brake system influence the dynamic behavior of the railroad composition in a realistic way. Finally, the model predictions are compared to results obtained in the literature and train simulators Mestrado Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico Mestre em Engenharia Mecânic

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