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Faculdade Brasileira - UNIVIX
Dinâmica e Frenagem Ferroviária
Elaborado por:
José Luiz Borba
Mauro Antônio Bergantini
Coordenadores do Programa:
José Heleno Ferracioli Nunes
Isabela de Freitas Costa V. Pylro
Vitória - ES
Fevereiro – 2011
Prefácio
“Feliz aquele que transfere o que sabe
e aprende o que ensina.”
Cora Coralina
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba I
Sumário
1 Freio Automático......................................................................................... 1
1.1 Introdução .................................................................................................. 2
1.2 Histórico ..................................................................................................... 4
2 Equipamento de Freio 26-L .......................................................................... 9
2.1 Introdução ................................................................................................ 10
2.2 Equipamentos das locomotivas ................................................................. 11
2.2.1 Sistema de alimentação de ar comprimido ................................................ 13
2.2.1.1 Produção de ar comprimido ...................................................................... 14
2.2.1.1.1 Funcionamento do compressor ................................................................. 16
2.2.1.2 Armazenamento do ar comprimido ........................................................... 18
2.2.1.2.1 Válvula de dreno automático ..................................................................... 19
2.2.1.2.2 Torneira de isolamento do reservatório principal....................................... 21
2.2.1.2.3 Válvula de segurança E7-C ........................................................................ 22
2.2.1.2.4 Válvula de retenção do reservatório principal ............................................ 23
2.2.1.2.5 Torneira Interruptora ................................................................................ 24
2.2.1.3 Condicionamento do ar comprimido ......................................................... 25
2.2.1.3.1 Regulador do compressor ......................................................................... 26
2.2.1.3.2 Torneira de sobrecarga do compressor ..................................................... 28
2.2.1.3.3 Manômetros duplos de ar ......................................................................... 29
2.2.1.3.4 Filtros e secador de ar ............................................................................... 30
2.2.2 Distribuição .............................................................................................. 32
2.2.2.1 Encanamento geral.................................................................................... 33
2.2.2.1.1 Válvula de freio de emergência ................................................................. 34
2.2.2.1.2 Válvula de descarga n.º 8 ou válvula de descarga KM ................................ 35
2.2.2.2 Encanamento equilibrante dos reservatórios principais ............................. 37
2.2.2.2.1 Válvula de retenção do encanamento equilibrante dos reservatórios
principais .................................................................................................. 38
2.2.2.3 Encanamento equilibrante dos cilindros de freio ....................................... 39
2.2.2.4 Torneiras extremas ................................................................................... 40
2.2.2.5 Mangueiras de freio .................................................................................. 41
2.2.3 Controle .................................................................................................... 43
2.2.3.1 Manipulador automático 26-C ................................................................... 44
2.2.3.1.1 Punho do manipulador automático ............................................................ 46
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba II
2.2.3.1.2 Válvula interruptora do manipulador automático ....................................... 49
2.2.3.1.3 Válvula reguladora .................................................................................... 51
2.2.3.1.4 Válvula-relé ............................................................................................... 52
2.2.3.1.5 Válvula Interruptora do encanamento geral ............................................... 53
2.2.3.1.6 Válvula de descarga .................................................................................. 54
2.2.3.1.7 Válvula de emergência .............................................................................. 55
2.2.3.1.8 Válvula de supressão ................................................................................. 56
2.2.3.1.9 Reservatório equilibrante .......................................................................... 57
2.2.3.1.10 Válvula Interruptora do reservatório equilibrante ....................................... 58
2.2.3.2 Manipulador independente SA-26 .............................................................. 59
2.2.3.2.1 Válvula de Controle 26-F ........................................................................... 62
2.2.3.2.1.1 Funcionamento da válvula de controle 26-F ............................................... 68
2.2.3.2.2 Válvula-relé J-1 .......................................................................................... 74
2.2.3.2.2.1 Funcionamento da válvula-relé J-1 ............................................................. 76
2.2.3.2.3 Válvula-relé J-1.6.16 ou válvula-relé J-1.4.14 .............................................. 78
2.2.3.2.4 Válvula-relé HB-5 ....................................................................................... 80
2.2.3.2.5 Válvula de transferência MU-2A ................................................................. 81
2.2.3.2.5.1 Funcionamento da válvula MU-2A .............................................................. 82
2.2.3.2.6 Válvula seletora F-1 ................................................................................... 84
2.2.3.2.6.1 Funcionamento válvula seletora F-1 ........................................................... 86
2.2.3.3 Controles de segurança do trem ................................................................ 89
2.2.3.3.1 Válvula de aplicação de freio P2-A ............................................................. 91
2.2.3.3.1.1 Funcionamento da válvula de aplicação de freio P2-A ................................ 94
2.2.3.4 Dispositivo de proteção contra fracionamento de trem – quebra de
trem .......................................................................................................... 98
2.2.3.4.1 Funcionamento da válvula interruptora de carregamento A-1 .................... 99
2.2.3.5 Dispositivo de intertravamento do freio dinâmico .................................... 103
2.2.3.6 Equipamento de controle de patinação de rodas ..................................... 104
2.2.3.6.1 Funcionamento do equipamento de controle de patinação de rodas ........ 105
2.2.3.7 Dispositivo de locomotiva morta ............................................................. 107
2.2.4 Aplicação ................................................................................................ 109
2.2.4.1 Cilindro de Freio ..................................................................................... 110
2.2.4.1.1 Criação de pressão no cilindro de freio da locomotiva ............................. 112
2.2.4.2 Ajustador de folga ................................................................................... 113
2.2.4.3 Sapatas de freio ...................................................................................... 114
2.2.4.4 Freio manual da locomotiva .................................................................... 118
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba III
2.3 Equipamentos dos vagões ....................................................................... 120
2.3.1 Distribuição ............................................................................................ 122
2.3.1.1 Torneiras extremas ................................................................................. 123
2.3.1.2 Mangueiras de freio ................................................................................ 125
2.3.1.3 Válvula de descarga ................................................................................ 126
2.3.2 Controle .................................................................................................. 127
2.3.2.1.1 Válvula de controle AB ............................................................................ 129
2.3.2.1.2 Válvula de controle ABD .......................................................................... 132
2.3.2.1.3 Válvula de controle ABDW ....................................................................... 134
2.3.2.1.4 Válvula de controle DB-60 ....................................................................... 135
2.3.2.2 Reservatório combinado .......................................................................... 136
2.3.2.2.1 Coletor de pó combinado com torneira de isolamento............................. 138
2.3.2.3 Retentor de controle de alívio ................................................................. 139
2.3.3 Aplicação ................................................................................................ 141
2.3.3.1 Timoneria de freio .................................................................................. 142
2.3.3.2 Equipamento vazio/carregado ................................................................. 144
2.3.3.3 Ajustador automático de folga ................................................................ 153
2.3.4 Freio manual dos Vagões ........................................................................ 155
3 Sistema de Freio a Ar Controlado por Computador .................................. 157
3.1 Introdução .............................................................................................. 158
3.1.1 Módulo de Processador Integrado - IPM ................................................... 162
3.1.2 Unidade de controle eletropneumático – EPCU......................................... 165
3.1.3 Módulo de interligação dos relés – RIM ................................................... 168
3.1.4 Válvula de freio eletrônico – EBV ............................................................. 169
3.1.5 Módulo de interface com o operador ou display – OIM ............................ 171
4 Freio Eletro Pneumático de Vagões .......................................................... 173
4.1 Conceitos básicos ................................................................................... 174
4.2 Sistema de controle de freio EP-60 .......................................................... 176
4.2.1 Equipamento da locomotiva .................................................................... 177
4.2.2 Equipamento do vagão ............................................................................ 184
4.2.3 Dispositivo auxiliar da extremidade do trem – AED ................................. 188
4.2.4 Comunicações da linha do trem .............................................................. 190
4.3 Frenagem do trem .................................................................................. 191
4.3.1 Inicialização do trem ............................................................................... 192
4.3.2 Bloqueio de segurança da linha do trem .................................................. 193
4.3.3 Varredura manual ................................................................................... 194
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba IV
4.3.4 Configuração do trem ............................................................................. 195
4.3.5 Comandos de frenagem .......................................................................... 196
4.3.6 Registro de dados ................................................................................... 197
4.4 Controle de freio do trem ECP ................................................................. 199
4.4.1 O sistema WireDP .................................................................................... 200
5 Dinâmica da Frenagem ............................................................................ 203
5.1 Introdução .............................................................................................. 204
5.2 Força de frenagem .................................................................................. 209
5.2.1 Força transmitida pelos cilindros ............................................................. 210
5.2.2 Relação Total de alavancas ...................................................................... 211
5.2.3 Rendimento da timoneria ........................................................................ 213
5.2.4 Exemplo .................................................................................................. 214
5.3 Taxa de frenagem ................................................................................... 215
5.3.1 Exemplo .................................................................................................. 216
5.3.2 Taxa de frenagem dos vagões ................................................................. 217
5.3.3 Taxa de frenagem das locomotivas ......................................................... 218
5.3.4 Exemplo .................................................................................................. 219
6 Manuseio dos Trens ................................................................................ 221
6.1 Introdução .............................................................................................. 222
6.2 Recomendações na operação dos freios .................................................. 223
6.3 Partida de um trem ................................................................................. 225
6.3.1 Trecho em nível ...................................................................................... 226
6.3.2 Trecho em rampa ascendente.................................................................. 227
6.3.3 Trecho em rampa descendente................................................................ 229
6.3.4 Trecho em rampa ascendente com movimento a ré ................................. 230
6.3.5 Trecho em rampa descendente com movimento a ré e com trem
esticado .................................................................................................. 231
6.3.6 Trecho em rampa descendente com movimento a ré e com o trem
encolhido ................................................................................................ 232
6.4 Parada de um trem .................................................................................. 233
6.4.1 Trecho em rampa descendente com auxílio do freio dinâmico ................. 234
6.4.2 Trecho em rampa descendente sem auxílio do freio dinâmico ................. 236
6.4.3 Trecho em rampa descendente com o trem encolhido ............................. 237
6.4.4 Trecho em rampa ascendente com o trem esticado por redução do
acelerador ............................................................................................... 238
6.4.5 Trecho em rampa ascendente trem encolhido com movimento a ré ......... 239
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba V
6.4.6 Trecho em rampa descendente trem esticado com movimento a ré ......... 240
6.5 Redução ou controle da velocidade de um trem ...................................... 241
6.5.1 Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e com o auxílio
do freio dinâmico .................................................................................... 242
6.5.2 Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e sem o auxílio
do freio dinâmico .................................................................................... 243
6.5.3 Trecho em rampa ascendente trem esticado através de redução do
acelerador ............................................................................................... 244
6.5.4 Trecho com ponto de inflexão (crista) através da redução do
acelerador ............................................................................................... 245
6.5.5 Trecho ondulado através da modulação do acelerador ............................ 246
6.5.6 Trecho ondulado através dos freios a ar .................................................. 247
7 Referências Bibliográficas ........................................................................ 249
7.1 Bibliografia ............................................................................................. 250
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba VI
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba VII
Figuras
Figura 1.1 Aplicação dos freios nos primórdios da ferrovia .......................................... 2
Figura 1.2 Sistema de freio pneumático ....................................................................... 3
Figura 1.3 George Westinghouse ................................................................................. 4
Figura 1.4 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Direto................................. 5
Figura 1.5 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Automático ........................ 6
Figura 1.6 Carregamento do sistema ........................................................................... 7
Figura 1.7 Aplicação do freio ....................................................................................... 7
Figura 1.8 Alívio do freio ............................................................................................. 8
Figura 2.1 Localização dos principais componentes do sistema de freio na
locomotiva ................................................................................................ 11
Figura 2.2 Sistema de freio da locomotiva .................................................................. 12
Figura 2.3 Sistema de alimentação de ar comprimido ................................................ 13
Figura 2.4 Compressor alternativo ............................................................................. 14
Figura 2.5 Compressor acionado diretamente pelo motor diesel ................................ 14
Figura 2.6 Compressor acionado por motor elétrico .................................................. 15
Figura 2.7 Resfriador intermediário refrigerado a água .............................................. 16
Figura 2.8 Resfriador intermediário refrigerado por ventilação forçada ...................... 16
Figura 2.9 Posicionamento da válvula de segurança do resfriador intermediário ........ 17
Figura 2.10 Localização dos reservatórios principais .................................................... 18
Figura 2.11 Válvula de dreno automático e manual ...................................................... 19
Figura 2.12 Válvula de dreno automático e manual 580-H............................................ 20
Figura 2.13 Válvula de dreno automático D-1 .............................................................. 20
Figura 2.14 Válvula de segurança ................................................................................ 22
Figura 2.15 Válvula de retenção ................................................................................... 23
Figura 2.16 Torneira interruptora ................................................................................ 24
Figura 2.17 Chave pressostática CCS ........................................................................... 26
Figura 2.18 Válvula magnética CGS .............................................................................. 26
Figura 2.19 Manômetros duplos de ar ......................................................................... 29
Figura 2.20 Filtro centrífugo ........................................................................................ 30
Figura 2.21 Secador de ar por adsorção ....................................................................... 31
Figura 2.22 Ligações e conexões WABCOSEAL .............................................................. 32
Figura 2.23 Válvula de emergência .............................................................................. 34
Figura 2.24 Válvula de descarga nº 8 e válvula de descarga KM ................................... 35
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba VIII
Figura 2.25 Posicionamento das torneiras .................................................................... 40
Figura 2.26 Mangueiras flexíveis de acoplamento ........................................................ 41
Figura 2.27 Mangueira de freio .................................................................................... 41
Figura 2.28 Suporte de engate ..................................................................................... 42
Figura 2.29 Manipulador automático 30 AC-DW ........................................................... 43
Figura 2.30 Manipulador automático 26-C ................................................................... 43
Figura 2.31 Manipulador 26-C...................................................................................... 45
Figura 2.32 Face dianteira do manipulador 26-C .......................................................... 45
Figura 2.33 Punho do manipulador automático ............................................................ 46
Figura 2.34 Zonas de aplicação do freio automático ..................................................... 46
Figura 2.35 Válvula Interruptora .................................................................................. 49
Figura 2.36 Punho do manipulador independente SA-26 .............................................. 59
Figura 2.37 Zonas de aplicação do freio independente ................................................. 59
Figura 2.38 Válvula de controle 26-F ............................................................................ 62
Figura 2.39 Diagrama da válvula de controle 26-F ........................................................ 62
Figura 2.40 Parte de serviço da válvula de controle 26-F .............................................. 63
Figura 2.41 Parte de alívio rápido ................................................................................ 66
Figura 2.42 Válvula-relé J-1 .......................................................................................... 74
Figura 2.43 Diagrama da válvula-relé J-1 ...................................................................... 74
Figura 2.44 Válvula-relé J-1.6-16 .................................................................................. 78
Figura 2.45 Diagrama da válvula-relé J-1.6-16 .............................................................. 78
Figura 2.46 Válvula-relé HB-5 ....................................................................................... 80
Figura 2.47 Válvula de transferência MU-2A ................................................................. 81
Figura 2.48 Posição Comandante ou Morta .................................................................. 82
Figura 2.49 Posição Comandada - 6 ou 26 ................................................................... 83
Figura 2.50 Posição Comandante - 24 .......................................................................... 83
Figura 2.51 Válvula seletora F-1 ................................................................................... 84
Figura 2.52 Diagrama esquemático da válvula seletora F-1........................................... 85
Figura 2.53 Posição Comandante ou Morta .................................................................. 86
Figura 2.54 Posição Comandante - 6 ou 26 .................................................................. 87
Figura 2.55 Posição Comandada - 24 ........................................................................... 87
Figura 2.56 Posição de fracionamento ......................................................................... 88
Figura 2.57 Válvula Magnética F A-4 (VMV) .................................................................. 89
Figura 2.58 Válvula de pedal ........................................................................................ 89
Figura 2.59 Válvulas de controle do ATC ...................................................................... 90
Figura 2.60 Válvula de aplicação P2-A .......................................................................... 91
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba IX
Figura 2.61 Diagrama da válvula de aplicação de freio P2-A ......................................... 92
Figura 2.62 Posição de aplicação ................................................................................. 95
Figura 2.63 Posição de alívio ....................................................................................... 96
Figura 2.64 Válvula interruptora de carregamento A-1 ................................................. 98
Figura 2.65 Diagrama da válvula piloto interruptora de carregamento A-1 ................... 98
Figura 2.66 Locomotiva comandante ou comandada - alívio normal ............................. 99
Figura 2.67 Locomotiva comandante - emergência por fracionamento ......................... 99
Figura 2.68 Posição do pistão atuante depois que o reservatório de volume tiver
sido descarregado ................................................................................... 100
Figura 2.69 Locomotiva comandante - emergência intencional e Locomotiva
comandada - qualquer emergência .......................................................... 101
Figura 2.70 Torneira interruptora de 3/8” .................................................................. 104
Figura 2.71 Válvula limitadora ajustável ..................................................................... 105
Figura 2.72 Dispositivo de locomotiva morta ............................................................. 107
Figura 2.73 Válvula C-1-40-8...................................................................................... 107
Figura 2.74 Atuador final do sistema de freio pneumático da locomotiva ................... 109
Figura 2.75 Montagem do atuador final do sistema de freio no truque ...................... 109
Figura 2.76 Cilindro de freio ...................................................................................... 110
Figura 2.77 Componentes do cilindro de freio ........................................................... 110
Figura 2.78 Diagrama esquemático de um cilindro de freio ........................................ 110
Figura 2.79 Ajustador manual de folga ...................................................................... 113
Figura 2.80 Ajustador de automático de folga ........................................................... 113
Figura 2.81 Sapata de ferro fundido........................................................................... 114
Figura 2.82 Sapata de composição não metálica ........................................................ 115
Figura 2.83 Componentes da sapata de freio de composição não metálica ................ 115
Figura 2.84 Freio manual da locomotiva .................................................................... 118
Figura 2.85 Corrente diretamente ligada a haste do cilindro de freio ......................... 118
Figura 2.86 Localização dos componentes de freio a ar no vagão .............................. 120
Figura 2.87 Sistema de freio dos vagões .................................................................... 121
Figura 2.88 Ligações e conexões WABCOSEAL ............................................................ 122
Figura 2.89 Tê de ramal ............................................................................................. 122
Figura 2.90 Torneira angular de punho auto travante ................................................ 123
Figura 2.91 Torneira reta ........................................................................................... 123
Figura 2.92 Mangueira de freio .................................................................................. 125
Figura 2.93 Válvula de descarga nº 8 ......................................................................... 126
Figura 2.94 Válvula de controle AB ............................................................................ 129
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba X
Figura 2.95 Componentes da válvula de controle AB .................................................. 130
Figura 2.96 Válvula de controle ABD .......................................................................... 132
Figura 2.97 Válvula de controle ABDW ....................................................................... 134
Figura 2.98 Válvula de controle DB-60 ....................................................................... 135
Figura 2.99 Válvula de controle DB-60 instalada no vagão .......................................... 135
Figura 2.100 Reservatório combinado .......................................................................... 136
Figura 2.101 Volume dos reservatórios combinados .................................................... 136
Figura 2.102 Coletor de pó combinado com torneira de isolamento ............................. 138
Figura 2.103 Retentor de controle de alívio .................................................................. 139
Figura 2.104 Punho na posição horizontal ................................................................... 139
Figura 2.105 Punho na posição vertical ........................................................................ 140
Figura 2.106 Timoneria de freio de vagões .................................................................. 142
Figura 2.107 Posição do cilindro de freio ..................................................................... 142
Figura 2.108 Alavancas de força do tipo vertical .......................................................... 143
Figura 2.109 Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vagão vazio ............ 145
Figura 2.110 Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vagão carregado..... 145
Figura 2.111 Localização do comutador de freio .......................................................... 146
Figura 2.112 Comutador de freio manual ..................................................................... 146
Figura 2.113 Comutador de freio automático ............................................................... 146
Figura 2.114 Cilindro de freio com pistão diferencial ................................................... 146
Figura 2.115 Condição do cilindro de freio com pistão diferencial para vagão vazio..... 147
Figura 2.116 Condição do cilindro de freio com pistão diferencial para vagão
carregado ................................................................................................ 147
Figura 2.117 Válvula de mudança manual AB-5 ............................................................ 147
Figura 2.118 Punho da válvula AB-5 ............................................................................. 148
Figura 2.119 Válvula de mudança automática VTA ....................................................... 148
Figura 2.120 Instalação da válvula VTA ........................................................................ 148
Figura 2.121 Condição da válvula VTA para vagão vazio .............................................. 149
Figura 2.122 condição da válvula VTA para condição vagão carregado ......................... 149
Figura 2.123 Reservatório adicional ............................................................................. 150
Figura 2.124 Válvula EL-60 e Válvula EL-X .................................................................... 150
Figura 2.125 Instalação da válvula EL-X no vagão ......................................................... 151
Figura 2.126 Vagão vazio ............................................................................................ 151
Figura 2.127 Vagão carregado ..................................................................................... 151
Figura 2.128 Ajustador pneumático ............................................................................. 153
Figura 2.129 Tipos de ajustadores mecânicos .............................................................. 153
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba XI
Figura 2.130 Detalhes internos dos ajustadores mecânicos ......................................... 154
Figura 2.131 Freio manual de volante com catraca ...................................................... 155
Figura 3.1 Configuração do CCBII ............................................................................ 158
Figura 3.2 Comunicação entre os módulos eletrônicos ............................................ 159
Figura 3.3 Interface com o sistemas da locomotiva .................................................. 160
Figura 3.4 O Módulo do Processador Integrado -IPM ................................................ 162
Figura 3.5 Luzes de indicação do IPM ...................................................................... 163
Figura 3.6 Unidade de controle eletropneumático - EPCU ......................................... 165
Figura 3.7 Instalação da EPCU .................................................................................. 167
Figura 3.8 Reservatório equilibrante ........................................................................ 167
Figura 3.9 Módulo de interligação dos relés - RIM .................................................... 168
Figura 3.10 Manipulador vertical ou lateral ................................................................ 169
Figura 3.11 Manipulador horizontal ou frontal ........................................................... 169
Figura 3.12 Manipulador horizontal ou frontal com display ......................................... 170
Figura 3.13 Computador IFC e displays IDU ............................................................... 171
Figura 3.14 Módulo de interface com o operador - OIM .............................................. 171
Figura 4.1 Sistema de Controle de Freio EP-60 ......................................................... 176
Figura 4.2 Diagrama de blocos da Unidade Head-End - HEU ..................................... 177
Figura 4.3 Controlador de Comunicações da Linha do Trem – TCC........................... 178
Figura 4.4 Fonte de Alimentação da Linha do Trem .................................................. 178
Figura 4.5 Unidade de Interface do Operador instalada numa locomotiva Dash-9 ..... 179
Figura 4.6 Unidade de Interface do Operador – OIU.................................................. 179
Figura 4.7 Caixa de Junção Central .......................................................................... 179
Figura 4.8 Cabo da Linha do Trem ........................................................................... 180
Figura 4.9 Interligação do Cabo da Linha do Trem entre vagões .............................. 180
Figura 4.10 Caixa de Junção da Linha do Trem .......................................................... 180
Figura 4.11 Caixa de Junção da Linha do Trem .......................................................... 181
Figura 4.12 Válvula de freio eletrônico - EBV .............................................................. 181
Figura 4.13 Unidade de Controle Eletro Pneumático – EPCU ....................................... 181
Figura 4.14 Módulo do Processador Integrado – IPM .................................................. 182
Figura 4.15 Módulo de interligação dos relés - RIM .................................................... 182
Figura 4.16 Localização dos componentes do equipamento da locomotiva ................ 183
Figura 4.17 Esquemático do vagão EP-60 ................................................................... 184
Figura 4.18 Válvula de controle EP-60 ........................................................................ 184
Figura 4.19 Dispositivo de Controle do Vagão – CCD e seus componentes ................. 185
Figura 4.20 Dispositivo de Identificação do Vagão - CID ............................................. 185
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Figura 4.21 Caixa de Junção do cabo da Linha do Trem ............................................. 186
Figura 4.22 Localização dos componentes do Equipamento do vagão ........................ 187
Figura 4.23 Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem – AED ................................ 188
Figura 4.24 Localização do Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem .................. 188
Figura 4.25 Tela Windows Datacord 5200 .................................................................. 198
Figura 4.26 Controle de freio do trem ECP ................................................................. 199
Figura 5.1 Força de inércia ....................................................................................... 204
Figura 5.2 Força de frenagem .................................................................................. 205
Figura 5.3 Calo de roda ........................................................................................... 207
Figura 5.4 Esquemático da timoneria de freio de um vagão ...................................... 211
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Tabelas
Tabela 2.1 Escala dos manômetros............................................................................. 29
Tabela 2.2 Indicação de pressão nos manômetros duplos de ar .................................. 29
Tabela 2.3 Torneiras utilizadas nas extremidades dos encanamentos ........................ 40
Tabela 2.4 Finalização dos encanamentos da locomotiva ........................................... 40
Tabela 2.5 Tipos de mangueiras de freio das locomotivas .......................................... 41
Tabela 2.6 Pressão desenvolvidas pelas válvulas-relé do tipo J .................................... 79
Tabela 2.7 Tipos de cilindro de freio de locomotivas ................................................ 111
Tabela 2.8 Condição da torneira angular .................................................................. 123
Tabela 2.9 Tipos de mangueiras de freio de vagões ................................................. 125
Tabela 2.10 Tipos de válvulas de controle .................................................................. 128
Tabela 2.11 Reservatórios combinados utilizados nas ferrovias brasileiras ................. 136
Tabela 2.12 Condição da torneira de isolamento ........................................................ 138
Tabela 2.13 Tipos de cilindro de freio de vagões ........................................................ 141
Tabela 3.1 Indicação propiciada pelo conjunto de luzes na frente do computador
IPM ......................................................................................................... 163
Tabela 3.2 Funções dos módulos que compõem a unidade de controle
eletropneumático .................................................................................... 166
Tabela 3.3 Funções dos relés operacionais do RIM ................................................... 168
Tabela 5.1 Taxas de frenagem recomendadas pela AAR ........................................... 217
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Dinâmica e Frenagem
Ferroviária
1 Freio Automático
José Luiz Borba / Mauro Antônio Bergantini
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1.1 Introdução
Aumentar a capacidade de transporte de um trem não é somente uma questão de colocar
mais vagões na composição.
Três fatores são determinantes para a um aumento do volume de carga transportado:
1. Aumento da velocidade do trem;
2. Aumento da carga útil por vagão;
3. Aumento da quantidade de vagões no trem.
Os fatores acima acarretam problemas técnicos como: capacidade de tração das
locomotivas, capacidade dos trilhos, controle do tráfego de composições longas e mais
velozes, sinalização, traçados das vias, pátios e linhas auxiliares, frenagem das
composições, etc., devem ser superados para possibilitar o aumento da carga útil.
Frear um trem não é uma tarefa simples.
O que possibilita isso é um sistema composto de compressores, tubulações, mangueiras,
reservatórios, válvulas, cilindros, etc., onde cada unidade de uma composição
(locomotivas e vagões) tem seu próprio equipamento de freios.
Esses equipamentos tem que trabalhar de forma sincronizada para que a composição
possa frear de maneira uniforme e segura até parar.
Os sistemas de freio dos trens evoluíram através dos tempos junto com outros
desenvolvimentos técnicos, motivados pela necessidade de acompanhar o
desenvolvimento do transporte de carga nas ferrovias.
Nos primórdios da ferrovia havia muita limitação da velocidade das composições em
decorrência da falta de um sistema de frenagem eficaz, pois somente a locomotiva
possuía capacidade de frear em uma composição.
Figura 1.1 Aplicação dos freios nos primórdios da ferrovia
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As pequenas composições da época podiam ser paradas somente com o peso aderente
da locomotiva e a frenagem era feita com a aplicação de contravapor e pelo acionamento
manual do freio mecânico, composto por alavancas, que provocava a pressão de sapatas
de madeira contra as rodas.
A necessidade de se aumentar o número de vagões em uma composição levou ao
desenvolvimento do sistema de freios e incorporação dos equipamentos de frenagem nos
vagões além da locomotiva.
O grande desafio, entretanto, não é só instalar equipamentos desse tipo nos vagões, e
sim fazê-los trabalhar em sincronia.
A frenagem dos trens atuais é produzida por um sistema de freio pneumático que possui
como atuador final um dispositivo mecânico, acionado por um Cilindro de Freio, cujo
êmbolo é deslocado de forma que sua haste, através de um conjunto de alavancas,
denominado de Timoneria, aplique esforço numa peça, denominada de Sapata de Freio,
que atrita diretamente com a superfície de rolamento da roda.
P
Cilindro de freio
Timoneria
Sapata de freio
Contra sapata
Alavanca de freio
Figura 1.2 Sistema de freio pneumático
A força total exercida pela sapata de material não metálico sobre a superfície de
rolamento da roda na direção radial é originada pela aplicação de ar comprimido sobre o
êmbolo do cilindro de freio.
Durante o contato deslizante entre a sapata de freio e a roda, surge uma força de atrito,
diretamente proporcional à força aplicada pela sapata de freio, que produz o conjugado
retardador responsável pela redução da velocidade do trem.
Por esse motivo, o sistema de freio pneumático também é denominado de Sistema de
Freio de Atrito.
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1.2 Histórico
O primeiro sistema de freio a ar comprimido desenvolvido para composições surgiu em
1869.
Seu criador, George Westinghouse o chamou de Freio a Ar Direto.
Figura 1.3 George Westinghouse
O sistema de Freio a Ar Direto era composto por:
Compressor Fornece o ar comprimido para o Reservatório Principal;
Reservatório Principal Vaso de armazenamento do ar comprimido;
Válvula Alimentadora Controla a liberação do ar comprimido armazenado no
Reservatório Principal para o Encanamento Geral através do
Manipulador de Freio;
Encanamento Geral Encanamento composto por um conjunto de tubos ligados
entre si por torneiras e mangueiras flexíveis, que atravessa
longitudinalmente cada veículo levando o ar comprimido ao
longo da composição;
Cilindro de Freio Cilindro de acionamento simples com retorno por mola, cujo
êmbolo com haste é deslocado devido à força produzida pela
introdução do ar comprimido, através de uma derivação do
Encanamento Geral, na sua câmara interna;
Timoneria de Freio Conjunto de alavancas e tirantes conectado à haste do Cilindro
de Freio, responsável pela transferência de esforços, a partir
do avanço da haste, para as Sapatas de Freio, que atritam
diretamente com a superfície de rolamento da roda.
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Figura 1.4 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Direto
Como o nome sugere, na aplicação dos freios o ar comprimido armazenado no
Reservatório Principal é liberado pela Válvula de Controle para o Encanamento Geral, que
pressuriza diretamente a câmara dos Cilindros de Freio.
Consequentemente, a haste do Cilindro de Freio avança e aplica uma força na Timoneria
de Freio, que a transforma numa força radial da Sapata de Freio na roda do veículo.
O alívio dos freios é feito esgotando-se o ar comprimido do Encanamento Geral e dos
Cilindros de Freio para a atmosfera através da Válvula de Controle.
Isso foi um avanço muito grande para a época, de modo que seu uso foi difundido
rapidamente tanto nos trens de carga quanto nos trens de passageiros.
Sua aplicação foi mais efetiva na Europa onde as composições eram pequenas e
compostas de vagões variados.
No entanto este sistema teve de ser abandonado por apresentar uma série de
inconveniências, tais como: o tamanho dos componentes necessários para sua aplicação,
sua eficiência ficava comprometida em composições maiores que 12 vagões, perda de
rendimento em grandes altitudes, dificuldade de manutenção e não era automático, isto
é, os freios não mais seriam aplicados se houvesse um fracionamento do trem ou uma
ruptura na mangueira do Encanamento Geral.
Além disso, os primeiros vagões tinham o freio acionado antes daqueles que ficavam no
final da composição, o fazia com que vagões em que os freios ainda não estavam
totalmente aplicados, empurrassem os primeiros vagões e a locomotiva.
Para suprir estas deficiências do Freio a Ar Direto, principalmente a de não ser
automático, George Westinghouse desenvolveu e patenteou em 1872, outro sistema, que
denominou de Freio a Ar Automático.
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O termo automático deveu-se ao fato de que esse novo sistema aplicava os freios
automaticamente em todos os vagões da composição, sem a interferência do maquinista,
caso houvesse um vazamento ou uma mangueira se partisse.
Para implementar esse novo sistema, além do Cilindro de Freio já existente em cada um
dos veículos, foram introduzidos:
Válvula de comando Responsável pela aplicação ou alívio dos freios, sendo
comandada pelo diferencial de pressão entre o Encanamento
Geral e o Reservatório Auxiliar.
Reservatório auxiliar Vaso armazenador do ar comprimido responsável pelo
acionamento dos Cilindros de Freio.
Figura 1.5 Esquema simplificado do Sistema de Freio a Ar Automático
A Válvula de Comando ficou assim conhecida como Válvula Tríplice devido as suas três
funções básicas:
1. Carregamento do sistema
A Válvula de Comando direciona o ar vindo do Reservatório Principal da locomotiva
através do Encanamento Geral para o carregamento do Reservatório Auxiliar até a
equalização das pressões, mantendo o Reservatório Auxiliar disponível para
acionamento dos freios.
É importante ressaltar que quando a composição inicia sua operação, ou após uma
frenagem, é necessário que os reservatórios de cada veículo sejam recarregados.
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Figura 1.6 Carregamento do sistema
2. Aplicação do freio
Quando se deseja aplicar o freio na composição, efetua-se uma redução da pressão no
Encanamento Geral.
A Válvula de Controle interrompe o fluxo de ar do Encanamento Geral e direciona o ar
armazenado no Reservatório Auxiliar, por ocasião do carregamento, para pressurizar a
câmara do Cilindro de Freio.
O fato do ar de alimentação dos Cilindros de Freio já estar presente no próprio vagão,
não sendo necessário esperar pela sua vinda desde o reservatório da locomotiva, torna
menor o tempo para aplicação do freio através da Timoneira e das Sapatas de Freio
contra as rodas.
Figura 1.7 Aplicação do freio
A Válvula de Controle também atua efetuando a aplicação dos freios automaticamente,
sem interferência do maquinista, quando ocorre um vazamento ou avaria do sistema.
3. Alívio do freio
Quando se deseja soltar o freio da composição, efetua-se um aumento da pressão do
Encanamento Geral
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A Válvula de Comando atua descarregando para a atmosfera o ar que estava contido
no Cilindro de Freio, provocando um alívio das Sapatas de Freio.
Durante essa operação, o Encanamento Geral volta a carregar o Reservatório Auxiliar,
recarregando-o para um novo acionamento.
Figura 1.8 Alívio do freio
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Dinâmica e Frenagem
Ferroviária
2 Equipamento de Freio 26-L
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2.1 Introdução
O Equipamento de Freio 26-L é parte do sistema de freios dos trens que operam com
Freio a Ar Automático, que tem seus componentes instalados na locomotiva e em todos
os vagões da composição.
Possui todas as particularidades requeridas para o serviço de locomotivas de linha,
inclusive controle de segurança, controle de sobre velocidade, intertravamento com o
freio dinâmico e proteção contra fraccionamento do trem.
É adequado para operação em tração múltipla com as locomotivas equipadas com os
sistemas de freio anteriores 6-SL e 24-RL.
Seus principais componentes são:
Manipulador de freio 26-C
Válvula de controle 26-F
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2.2 Equipamentos das locomotivas
A aplicação do freio automático é feita a partir da locomotiva, cujo equipamento, além do
seu próprio freio, controla também a frenagem dos vagões.
A Figura 2.1 mostra a configuração do Equipamento de Freio 26-L numa locomotiva,
dando destaque a alguns de seus principais componentes.
1- Mangueira do encanamento geral 2- Torneira angular
3- Mangueiras dos encanamentos equilibrante dos reservatórios
principais, equilibrante dos cilindros de freio e atuante
4- Torneiras de esfera
5- Sapatas de freio 6- Cilindros de freio
7- Compartimento de válvulas 8- Válvula de pedal
9- Válvula de emergência 10- Válvula MU-2-A
11- Manipulador automático 12- Válvula de segurança
13- Válvula magnética 14- Válvula descarga
15- Reservatório principal 16- Compressor
Figura 2.1 Localização dos principais componentes do sistema de freio na locomotiva
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O sistema de freio da locomotiva é composto das seguintes unidades:
Alimentação
Produção
Armazenamento
Condicionamento
Distribuição
Controle
Aplicação
Reservatório
Principal nº1
Reservatório
Principal nº2
Armazenamento
Torneira
de dreno
Torneira
de dreno
Torneira
de dreno
Filtro
Coletor
de pó
centrífugoTorneira
interruptora
Válvula
de
retenção
Válvula de
segurança
150 psi
Para o sistema dos
equipamentos auxiliares
Compressor de ar
Filtro de
admissão
Válvula de
segurança do
compressor
de ar
175 psi
Resfriador
intermediário
Válvula de
segurança do
resfriador
intermediário
60 psi
Ligação elétrica
Torneira de
sobrecarga
Válvula
magnética do
compressor
Torneira
interruptora
Serpentina de resfriamento
Válvula de
retenção
Encanamento geral
Encanamento equilibrante dos reservatórios principais
Encanamento equilibrante dos cilindros de freio
Válvula de
descarga
nº8
Distribuição
Controle
Válvula
alimentadora
Manipulador
de freio
Torneira
interruptora
Dispositivo de
locomotiva
morta
Chave
pressostática
Alimentação
Governador do
compressor
125 a 140 psi
Condicionamento
Produção
Figura 2.2 Sistema de freio da locomotiva
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2.2.1 Sistema de alimentação de ar comprimido
O sistema de alimentação de ar comprimido é composto das seguintes unidades:
Produção
Armazenamento
Condicionamento
Reservatório
Principal nº1
Reservatório
Principal nº2
Armazenamento
Torneira
de dreno
Torneira
de dreno
Torneira
de dreno
Filtro
Coletor
de pó
centrífugoTorneira
interruptora
Válvula
de
retenção
Válvula de
segurança
150 psi
Para o sistema dos
equipamentos auxiliares
Compressor de ar
Filtro de
admissão
Válvula de
segurança do
compressor
de ar
175 psi
Resfriador
intermediário
Válvula de
segurança do
resfriador
intermediário
60 psi
Ligação elétrica
Torneira de
sobrecarga
Válvula
magnética do
compressor
Torneira
interruptora
Serpentina de resfriamento
Chave
pressostáticaGovernador do
compressor
125 a 140 psi
Condicionamento
Produção
Para o sistema
de freio a ar
Figura 2.3 Sistema de alimentação de ar comprimido
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2.2.1.1 Produção de ar comprimido
A produção de ar comprimido é realizada por um compressor de ar do tipo alternativo de
duplo estágio de compressão composto de:
2 (dois) cilindros de baixa pressão (de diâmetro maior, dispostos lateralmente no
cárter)
1 (um) cilindro de alta pressão (disposto ao centro dos dois cilindros de baixa, no
topo do cárter)
1 (um) resfriador Intermediário que atua entre os 2 (dois) cilindros de baixa e o
cilindro de alta.
Figura 2.4 Compressor alternativo
Os pistões dos 3 (três) cilindros são movimentados por um único munhão do eixo
virabrequim, que pode ser acionado:
Pelo eixo virabrequim do motor diesel através de um acoplamento;
Figura 2.5 Compressor acionado diretamente pelo motor diesel
Cilindro
de baixa
Cilindro
de alta
Compressor
Eixo de
acionamento
Cilindro
de baixa
Resfriador
intermediário
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Por um motor elétrico;
Figura 2.6 Compressor acionado por motor elétrico
Separadamente por um motor diesel auxiliar.
O sistema de lubrificação do compressor é do tipo forçado, com bomba própria.
O nível de óleo de lubrificação deve ser verificado por meio do visor ou vareta.
Motor
elétrico
Filtro de ar
Compressor
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2.2.1.1.1 Funcionamento do compressor
O ar livre da atmosfera, a pressão atmosférica, é constantemente aspirado através de um
filtro seco, montado no tubo coletor de entrada, e comprimido nos cilindros de baixa
pressão (55 psi).
Ao sair dos cilindros de baixa pressão o ar comprimido passa pelo resfriador de ar
intermediário, que tem a função básica de retirar parte do calor gerado durante a
compressão.
A retirada de calor do ar no resfriador intermediário pode ser realizada pela:
Circulação da água do sistema de arrefecimento do motor diesel por passagens no
corpo do resfriador;
Figura 2.7 Resfriador intermediário refrigerado a água
Passagem de ar pelo corpo do resfriador, forçada por um soprador acionado pelo
próprio eixo do compressor.
Figura 2.8 Resfriador intermediário refrigerado por ventilação forçada
No resfriador intermediário está instalada uma válvula de segurança que atuará caso a
pressão ultrapasse o limite estabelecido de 60 psi.
Válvula de
segurança
Tubulação do
sistema de
arrefecimento
do motor diesel
Soprador
acionado
pelo eixo do
compressor
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Figura 2.9 Posicionamento da válvula de segurança do resfriador intermediário
Após o resfriamento as moléculas do ar ocupam um menor volume, de modo que o ar
fica mais denso, isto é, uma maior quantidade de moléculas por unidade de volume é
introduzida no cilindro de alta pressão, o que torna mais eficiente a operação do cilindro
de alta pressão e aumenta a capacidade volumétrica do compressor.
O cilindro de alta pressão se encarrega de comprimir esse volume de ar a uma pressão
maior (125 a 140 psi).
O ar comprimido deixa o compressor a uma temperatura muito alta (270 ºC),
necessitando sofrer mais um resfriamento antes de atingir os reservatórios principais.
Por isso, ele passa por uma serpentina de resfriamento com tubos aletados, que serve
para reduzir sua temperatura e provocar a condensação da umidade nele existente.
A quantidade de umidade contida no ar livre da atmosfera praticamente dobra na medida
em que a temperatura ambiente cresce 10 ºC.
Assim, haverá duas vezes mais umidade no ar quando a temperatura ambiente se situa a
30 ºC do que a 20 ºC, e assim sucessivamente.
Como no Brasil, tanto na região norte como na região central, as temperaturas ambientes
são relativamente elevadas ao longo do ano, logo a quantidade de umidade contida no ar
é bastante elevada.
A umidade que é levada pelo compressor causa corrosão nas superfícies metálicas dos
componentes do sistema pneumático da locomotiva.
Quando as partículas sólidas desprendidas das corrosões colocadas no fluxo de alta
velocidade do ar agem como um jato de areia corroendo os componentes.
Além disso, o óleo de lubrificação que passa pelos anéis dos pistões do compressor
mantém os orifícios das válvulas obstruídos.
Válvula de
segurança do
resfriador
intermediário
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2.2.1.2 Armazenamento do ar comprimido
O armazenamento do ar comprimido é feito em dois reservatórios, denominados de
reservatórios principais, que têm por finalidade armazenar o ar comprimido produzido
pelo compressor e ajudar tanto no resfriamento como na retenção das impurezas e da
água resultante da condensação, a fim de permitir que um ar limpo e seco abasteça o
sistema pneumático da locomotiva, que é composto por:
Sistema de freio a ar, na operação dos freios da locomotiva e da composição;
Sistema dos equipamentos auxiliares da locomotiva (ar de controle, sino, buzina,
válvulas e injetores de areia, campainhas, limpadores de para-brisas, contatores
elétricos, etc.).
Figura 2.10 Localização dos reservatórios principais
São identificados como:
Reservatório principal nº 1 abastece o sistema dos equipamentos auxiliares.
Reservatório principal nº 2 abastece o sistema de freio a ar da locomotiva.
Todas as derivações destinadas à alimentação do sistema dos equipamentos auxiliares da
locomotiva devem sair da tubulação entre o reservatório principal nº 1 e o reservatório
principal nº 2.
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2.2.1.2.1 Válvula de dreno automático
A tubulação da serpentina de resfriamento tem uma pequena inclinação que faz com que
a água condensada flua para o reservatório nº 1.
Quando o ar entra no reservatório principal nº 1, a sua temperatura é reduzida mais
ainda e a condensação é mais efetiva.
Por essa razão, a maior quantidade de água é encontrada no reservatório principal nº 1.
Os reservatórios principais da locomotiva são instalados com uma leve inclinação para
forçar a condensação a se acumular no lado mais baixo, onde normalmente são
instaladas válvulas de dreno automático que servem para expurgar a água proveniente da
condensação do ar e as impurezas do reservatório, pois a água pode ser considerada
como o maior veneno para o sistema de freio pneumático.
As válvulas de dreno automático expurgam a água condensada toda vez que a pressão do
reservatório principal atingir 140 psi e param de eliminá-la quando esta pressão atingir o
limite mínimo de 125 psi.
Figura 2.11 Válvula de dreno automático e manual
Porém podem também ser acionadas manualmente.
A drenagem manual dos reservatórios principais e dos filtros deve ser uma prática
constante, tanto pelos responsáveis pela operação quanto pelos responsáveis pela
manutenção, pois os drenos automáticos não conseguem eliminar toda a água desses
equipamentos, mesmo funcionando perfeitamente.
A válvula de dreno automático e manual 580-H possui 3 (três) posições reguladas no
próprio punho:
Posição normal de operação
Drenagem manual
Isolamento
Válvula de
dreno
automático
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Figura 2.12 Válvula de dreno automático e manual 580-H
A válvula de dreno automático D-1 não permite o isolamento e o dreno manual é
realizado através de uma torneira.
Figura 2.13 Válvula de dreno automático D-1
Dreno
automático
Dreno
manual
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2.2.1.2.2 Torneira de isolamento do reservatório principal
Para reparação do sistema de freio, esta torneira deve ser fechada, a fim de isolar o
reservatório principal e descarregar totalmente a pressão do sistema de freio através de
um orifício de descarga que possui.
Caso essa torneira seja fechada os ponteiros dos manômetros na cabine da locomotiva
registrarão pressão zero.
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2.2.1.2.3 Válvula de segurança E7-C
A válvula de segurança E7-C evita a sobrecarga de pressão no sistema pneumático,
descarregando para a atmosfera a pressão do reservatório principal toda vez que esta se
torne excessiva.
Figura 2.14 Válvula de segurança
Alguns tipos de locomotivas, além da válvula de segurança instalada logo após o
reservatório principal nº 1, calibrada em 150 psi, possuem outra instalada próxima ao
compressor, calibrada com 175 psi.
A calibragem das válvulas de segurança depende de instruções da Ferrovia.
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2.2.1.2.4 Válvula de retenção do reservatório principal
Instalada no encanamento que liga o reservatório principal nº 1 ao reservatório principal
nº 2, a válvula de retenção com orifício de 1”, permite fluxo total de ar do reservatório
principal nº 1 para o reservatório principal nº 2, mas impede o fluxo no sentido inverso.
Figura 2.15 Válvula de retenção
Funciona como uma proteção, pois, o fechamento dessa válvula impedirá a perda da
pressão do reservatório principal nº 2 através de uma abertura para a atmosfera antes da
válvula de retenção, originada por um problema no compressor, uma ruptura das
tubulações de resfriamento, danos ao reservatório principal nº 1ou por uma ruptura do
encanamento equilibrante dos reservatórios principais causada por uma eventual
separação entre as locomotivas e o consequente desacoplamento das mangueiras.
Pelas normas da FRA (Federal Railroad Administration) em caso de avaria no sistema dos
reservatórios principais, a locomotiva deve reter ar suficiente para, no mínimo, 3 (três)
aplicações e alívios dos freios e acionamento dos contatores e das chaves reversoras.
A válvula de retenção também serve para reduzir o tempo de carregamento do sistema de
reservatórios principais de uma locomotiva Rebocada Morta, permitindo somente o
carregamento do reservatório principal nº 2.
A verificação do perfeito funcionamento da válvula de retenção do reservatório principal
nº 2 se dá através do Teste de Fracionamento.
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2.2.1.2.5 Torneira Interruptora
Isolamento de 1”
Isola os reservatórios principais do sistema de freio a ar, possibilitando o
descarregamento deste para a reparação.
Isolamento de 1” e coletor de pó
Isola o ar que abastece a buzina, os limpadores de para-brisas e os injetores de
areia.
Isolamento de 3/8”
Isola o ar que abastece a válvula de areia e a válvula de sino.
Figura 2.16 Torneira interruptora
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2.2.1.3 Condicionamento do ar comprimido
Após passar por todo o processo de produção o ar comprimido deve sofrer um
condicionamento antes de ser colocado para trabalhar.
O funcionamento regular de qualquer componente no sistema depende da estabilidade
da pressão de alimentação, da isenção de umidade e do grau de filtragem.
Portanto, o condicionamento do ar comprimido consiste de:
Regulagem da pressão
Drenagem
Para que a drenagem seja feita, devem ser instalados drenos (purgadores), que
podem ser manuais ou automáticos, com preferência para o último tipo.
Filtragem
Após a eliminação do condensado, restará no ar comprimido uma pequena
quantidade de vapor de água em suspensão, que os pontos de drenagem comuns
não conseguirão remover ou eliminar.
A filtragem do ar consiste na aplicação de dispositivos capazes reter as impurezas
suspensas no fluxo de ar e de suprimir a umidade ainda presente.
O equipamento normalmente utilizado para este fim é o filtro de ar, que atua de
duas formas distintas:
Pela ação da força centrífuga.
Pela passagem do ar através de um elemento filtrante.
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2.2.1.3.1 Regulador do compressor
O regulador do compressor consiste de:
Chave pressostática CCS (Compressor Control Switch)
A chave pressostática CCS consiste em uma chave elétrica atuada por uma face
sensível à pressão, que é atuada por uma mola de carga.
Figura 2.17 Chave pressostática CCS
Válvula magnética CGS (Compressor Governor Switch)
A válvula magnética CGS mantém as válvulas de admissão dos cabeçotes dos
cilindros do compressor:
Abertas quando a pressão atingir o limite máximo;
Fechadas quando a pressão atingir o limite mínimo.
Figura 2.18 Válvula magnética CGS
O Compressor carrega os reservatórios principais até que a pressão atinja o limite
máximo de regulagem da chave pressostática CCS.
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Nesse momento a chave pressostática CCS desenergiza a válvula magnética CGS
(Compressor Governor Switch), que mantém as válvulas de admissão dos cabeçotes dos
cilindros do compressor abertas, fazendo com que ele passe a trabalhar em vazio.
Se a pressão nos reservatórios principais cair abaixo do limite mínimo ajustado na chave
pressostática CCS, a mesma energiza a válvula magnética CGS, que mantém as válvulas
de admissão dos cabeçotes dos cilindros do compressor fechadas, permitindo que ele
carregue os reservatórios principais.
Simultaneamente abre as válvulas de dreno automático.
A pressão do ar nos reservatórios principais é regulada entre limites prefixados conforme
instruções da Ferrovia, normalmente:
125 psi pressão mínima;
140 psi pressão máxima.
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2.2.1.3.2 Torneira de sobrecarga do compressor
Essa torneira possui descarga lateral e nos casos de avaria, em que o compressor não
comprime, esta torneira deve ser fechada.
Este procedimento fará com que o compressor trabalhe em sobrecarga, ou seja,
comprimindo direto, sem entrar na condição de vazio.
Quando se coloca um compressor em sobrecarga deve-se observar, rigorosamente, a
atuação da válvula de segurança do reservatório principal.
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2.2.1.3.3 Manômetros duplos de ar
Os manômetros são instrumentos destinados a medir a pressão.
As locomotivas são equipadas com dois manômetros duplos de ar, com dois ponteiros
cada, e escalas conforme a Tabela 2.1
Tabela 2.1 Escala dos manômetros
Manômetro Escala
Direita 0 a 200 psi
Esquerda 0 a 160 psi
Ficam localizados na parte superior do pedestal de comando, e, devem ser monitorados
durante todas as etapas inerentes às atividades de condução de trens: manobras e
viagens na Via de circulação.
Figura 2.19 Manômetros duplos de ar
Os dois manômetros indicam as pressões no sistema de freio a ar conforme especificado
na Tabela 2.2.
Tabela 2.2 Indicação de pressão nos manômetros duplos de ar
Ponteiro
Manômetro
Esquerda Direita
Vermelho Reservatório principal Cilindro de freio
Branco Reservatório equilibrante Encanamento geral
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2.2.1.3.4 Filtros e secador de ar
Em uma locomotiva podem ser usados vários tipos de dispositivos, normalmente
localizados na tubulação após o reservatório principal nº 2, para purificar o ar que vai
atuar no sistema pneumático.
Filtro centrífugo
O filtro centrífugo geralmente tem um vórtice (redemoinho) pelo qual os detritos são
centrifugados e depositados no fundo da câmara, juntamente com a água condensada
pelo resfriamento do ar.
Figura 2.20 Filtro centrífugo
Filtro coalescente
Esse tipo de filtro inclui dois elementos:
Elemento filtrante;
Elemento coalescente.
O elemento coalescente contém uma substância que provoca a coalescência, isto é, a
aglomeração das gotículas de água.
A água é então depositada no fundo da câmara do filtro, sendo expelida posteriormente
através do dreno.
Secador de ar
O desempenho dos sistemas Freio Eletrônico CCBII e Locotrol não serão satisfatórios se o
sistema pneumático da locomotiva não for mantido totalmente seco e limpo.
Portanto, é altamente recomendável a instalação de secadores de ar nas locomotivas para
prover ar seco, limpo, livre de óleo e de partículas de sólidos para o sistema pneumático.
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O tipo mais comum de secador de ar é o secador por adsorção, que utiliza como
elemento dissecante uma substância formada por pérolas à base de silicato de alumínio,
cuja estrutura molecular é extremamente higroscópica, capaz de absorver ou adsorver o
vapor de água existente no ar, assim como outras substâncias.
Este sistema é composto por duas câmaras de secagem, interligadas através de um
dispositivo pré-coalescedor, que operam alternadamente, controladas por um
temporizador eletrônico.
Enquanto uma das câmaras está processando a secagem do ar, a outra recebe através de
um estrangulador uma pequena parcela de ar para que seja feita a regeneração.
No ciclo seguinte a situação é invertida.
A fim de tornar o sistema com capacidade de secagem praticamente ilimitada, utiliza-se o
processo de regeneração depois de determinados intervalos, efetuado com ar seco e
expandido.
Figura 2.21 Secador de ar por adsorção
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2.2.2 Distribuição
A distribuição do ar comprimido na locomotiva se dá através do:
Encanamento geral
Encanamento de equalização dos reservatórios principais
Encanamento de equalização do cilindro de freio
Normalmente os encanamentos são feitos de tubo extra pesado (Schedule 80)
especificação ASTM-A-53 grau A, raios mínimos segundo folha E-7 da AAR.
São pintados externamente e fosfatizados internamente para evitar a oxidação.
Não devem possuir conexões soldadas, e para isso todas as ligações e conexões devem
possuir juntas do tipo WABCOSEAL, que utilizam o princípio de flange, sendo este fixado
ao dispositivo por parafusos e vedado contra vazamento por um anel de borracha.
Figura 2.22 Ligações e conexões WABCOSEAL
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2.2.2.1 Encanamento geral
O encanamento geral é um dos principais componentes do sistema de freio automático.
É considerado como uma tubulação contínua que parte da locomotiva e percorre os
vagões em toda extensão do trem, conduzindo o ar comprimido da locomotiva a cada
reservatório auxiliar e de emergência dos vagões, a uma pressão de 90 psi (± 6 psi).
Através da variação da pressão do encanamento geral, os freios de todos os veículos do
trem são controlados nas suas três funções básicas:
Carregamento
Aplicação
Alívio
Sua ruptura, em qualquer ponto da composição, ocasiona uma aplicação de emergência
dos freios automáticos do trem.
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2.2.2.1.1 Válvula de freio de emergência
A válvula de freio de emergência é uma válvula de operação manual sob carga de mola
que está ligada ao encanamento geral.
Figura 2.23 Válvula de emergência
Quando acionada, provoca uma queda brusca de pressão no encanamento geral,
provocando uma aplicação de emergência na locomotiva ou no trem.
É utilizada para obter uma aplicação de freio de emergência quando o operador está
impossibilitado de aplicar o freio da maneira normal.
Observação
Em uma locomotiva Escoteira, ou seja, sozinha, e com a válvula MU-2A posicionada para
Comandada, seu acionamento não provocará aplicação dos freios.
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2.2.2.1.2 Válvula de descarga n.º 8 ou válvula de descarga KM
As válvulas de controle de locomotivas não possuem uma parte de emergência,
responsável pela chamada ação rápida nas aplicações de Emergência.
Para a função de ação rápida usa-se a válvula de descarga nº 8, ou a válvula de descarga
KM.
Figura 2.24 Válvula de descarga nº 8 e válvula de descarga KM
Sua função é proporcionar uma descarga rápida local da pressão do encanamento geral
para a atmosfera, a fim de garantir uma condição de propagação de aplicação de
Emergência dos freios, quando o punho do manipulador automático é levado para a
posição de emergência, e, principalmente naquelas originadas num trem longo, quando
são usadas várias locomotivas operando em tração múltipla, pois a capacidade total dos
compressores é tal que muitas vezes uma ruptura de mangueira de um vagão de cauda
do trem pode não ser sentida pela locomotiva, o que impossibilita a aplicação de
Emergência.
Quando a válvula de descarga nº 8 de uma locomotiva opera, a queda brusca de pressão
provoca o funcionamento das outras válvulas de descarga das outras locomotivas em
tração múltipla, assim como das válvulas de controle de toda a composição.
Está normalmente localizada sob a plataforma da locomotiva, em derivação do
encanamento geral, e é composta de:
Câmara
Passagem calibrada
Diafragma
O ar do encanamento geral enche a câmara através do orifício da passagem calibrada,
ficando o diafragma com pressão idêntica em ambos os lados.
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Toda vez que é feita uma aplicação de Serviço, o ar da câmara flui através do orifício da
passagem calibrada para o encanamento geral no mesmo ritmo em que ocorre a redução
de serviço, mantendo, assim, pressão idêntica nos dois lados do diafragma.
Em uma aplicação de Emergência, o ar da câmara não pode fluir pela passagem calibrada
no mesmo ritmo de queda de pressão do encanamento geral, que é muito rápido.
Cria-se assim um diferencial de pressão entre as duas faces do diafragma, que faz com
que a válvula de descarga estabeleça comunicação do encanamento geral diretamente
coma a atmosfera, ajudando a acelerar a aplicação de emergência.
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2.2.2.2 Encanamento equilibrante dos reservatórios principais
Percorre a locomotiva em toda sua extensão, a fim de possibilitar o carregamento
uniforme dos reservatórios principais de todas as locomotivas acopladas em tração
múltipla, mantendo-os com pressões equilibradas.
Num conjunto de locomotivas operando em tração múltipla, normalmente a locomotiva
comandante consome mais ar do que as locomotivas comandadas.
Através do encanamento equilibrante dos reservatórios principais, os compressores das
locomotivas comandadas auxiliam o compressor da comandante a suprir o ar
comprimido consumido nas locomotivas e na composição.
Esse ar chega aos reservatórios principais passando através da válvula de retenção, ou
seja, há uma passagem ampla de fora para dentro da locomotiva e restrita de dentro para
fora.
Deste modo, caso haja uma ruptura desse encanamento, o ar vai escapar para a
atmosfera em uma intensidade menor que a capacidade de produção do compressor,
evitando que toda a pressão do reservatório principal seja perdida.
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2.2.2.2.1 Válvula de retenção do encanamento equilibrante dos reservatórios
principais
O carregamento é feito através de uma válvula de retenção de 1” e orifício de 5/16”, que
permite uma passagem ampla de ar deste encanamento para os reservatórios principais
e, restrita, destes reservatórios para o encanamento.
Esta válvula de retenção serve como uma proteção, caso haja uma ruptura de mangueira
entre locomotivas, mantendo uma pressão segura nos reservatórios principais de todas
as locomotivas, pois a fuga de ar através do orifício da válvula é menor que a vazão do
compressor.
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2.2.2.3 Encanamento equilibrante dos cilindros de freio
O encanamento equilibrante dos cilindros de freio percorre a locomotiva em toda sua
extensão, a fim de repetir nas locomotivas comandadas a pressão de aplicação e de alívio
dos freios, automático ou independente, criada na locomotiva comandante.
Neste caso, as válvulas de controle das locomotivas comandadas devem ser isoladas.
Quando do acoplamento das locomotivas em tração múltipla, deve-se observar se as
torneiras do encanamento equilibrante dos cilindros de freio, entre uma locomotiva e
outra, foram abertas.
Se as mesmas estiverem fechadas não haverá condições de se fazer o controle de freio
das locomotivas comandadas.
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2.2.2.4 Torneiras extremas
A abertura e o fechamento das extremidades dos encanamentos da locomotiva são
realizados através de torneiras reta e angular.
Figura 2.25 Posicionamento das torneiras
O tipo de torneira utilizado em cada encanamento da da locomotiva está especificado na
Tabela 2.3.
Tabela 2.3 Torneiras utilizadas nas extremidades dos encanamentos
Aplicação Torneira
Encanamento geral
Torneira angular de 1 ¼”
Encanamento equilibrante dos
reservatórios principais
Torneira reta de 1”
com punho de travamento
Encanamento equilibrante dos
cilindros de freios
Torneira reta de 3/8”
com punho de travamento
Os encanamentos das locomotivas são finalizados por torneiras ou bocais conforme
mostrado na Tabela 2.4.
Tabela 2.4 Finalização dos encanamentos da locomotiva
Aplicação Bocal
Encanamento geral Torneira angular 1 ¼”
Encanamento de equalização dos reservatórios principais Bocal angular de 1”
Encanamento de equalização do cilindro de freio Bocal angular de ½ x 3/4”
Torneira
angular
Torneira
reta
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2.2.2.5 Mangueiras de freio
Para garantir a continuidade dos encanamentos da locomotiva, quando do acoplamento
com outros veículos, locomotiva e vagão, é instalada em cada uma de suas terminações
uma mangueira flexível de acoplamento, denominada de mangueira de freio.
Figura 2.26 Mangueiras flexíveis de acoplamento
As mangueiras são elementos flexíveis formados por:
Um elemento de mangueira (tubo de borracha vulcanizada com camadas internas de
reforço);
Um nipple, fixado ao tubo de borracha através de uma braçadeira metálica;
Um bocal com junta, fixado ao tubo de borracha através de uma braçadeira
metálica;
Duas braçadeiras metálicas com parafuso e porca.
Figura 2.27 Mangueira de freio
Tabela 2.5 Tipos de mangueiras de freio das locomotivas
Aplicação Mangueira Niple Bocal
Encanamento geral 1 3/8 x 30” 1 3/8” FP-5
Encanamento de equalização dos reservatórios principais 1 1/8 x 30” 1”
Encanamento de equalização do cilindro de freio 1 1/8 x 30” ¾”
Mangueira do
encanamento
geral
Mangueira do
encanamento de
equalização do
cilindro de freio
Mangueira do
encanamento de
equalização dos
reservatórios
principais
Mangueira do
encanamento de
equalização do
cilindro de freio
Mangueira do
encanamento
geral
Mangueira do
encanamento de
equalização dos
reservatórios
principais
Niple
Braçadeira
Bocal
Braçadeira
Elemento
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O acoplamento das mangueiras deve ser feito com o máximo de cuidado para se evitar
acidentes.
Quando a locomotiva for separada de outra locomotiva ou dos vagões, como acontece
nas manobras, as mangueiras deverão ser antes desacoplada manualmente, para evitar-
se ruptura ou estrago.
Falha no desacoplamento manual poderá causar deslocamento e quebra dos
encanamentos, bem como danos as mangueiras e aos bocais de acoplamento.
As mangueiras devem ser mantidas nos suporte de engate (engate cego), quando não
estão acopladas, para se evitar a entrada de poeira ou outras impurezas que podem
danificar o equipamento de freio.
Figura 2.28 Suporte de engate
Suporte de engate
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2.2.3 Controle
O controle do sistema de freio da locomotiva e do trem é realizado por um manipulador
automático localizado no pedestal de controle da locomotiva, que é apresentado em duas
versões:
Horizontal ou frontal - 30 AC-DW
Figura 2.29 Manipulador automático 30 AC-DW
Vertical ou lateral - 26-C
Figura 2.30 Manipulador automático 26-C
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2.2.3.1 Manipulador automático 26-C
O manipulador 26-C é projetado para montagem em painel, num suporte dos
encanamentos, no qual são feitas todas as conexões dos tubos, que são identificadas
numericamente.
É uma válvula do tipo auto recobridor, operada por cames, a qual funciona para controlar
a pressão do reservatório equilibrante, em proporção ao deslocamento do punho do
manipulador.
Por sua vez, a pressão do encanamento geral é controlada por uma válvula-relé do tipo
auto recobridor pilotada pela pressão do reservatório equilibrante, que mantém no
encanamento geral a mesma condição de pressão existente no reservatório equilibrante.
Além de exercer essas funções, fornece ar para os dispositivos de segurança como
Homem Morto, Sobre Velocidade, Corte de Tração, etc..
Opera em combinação com um reservatório equilibrante.
O manipulador 26-C consiste de duas partes principais, montados num mesmo corpo:
Manipulador automático
Punho do manipulador automático
Válvula interruptora do manipulador automático
Punho da válvula interruptora do manipulador automático
Válvula relé
Válvula reguladora
Válvula interruptora do encanamento geral
Válvula da descarga
Válvula de emergência
Válvula de supressão
Válvula interruptora do reservatório equilibrante
Manipulador independente
Punho do manipulador independente
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Figura 2.31 Manipulador 26-C
Os punhos do manipulador automático, do manipulador independente e da válvula piloto
interruptora estão localizados na face dianteira do painel.
Figura 2.32 Face dianteira do manipulador 26-C
Válvula
reguladora
Válvula interruptora
do encanamento
geral
Válvula de
descarga
Válvula de
emergência
Válvula de
supressão
Válvula interruptora
do reservatório
equilibrante
Válvula interruptora
do manipulador
automático
Punho do
manipulador
automático
Punho do
manipulador
independente
Punho da válvula
interruptora do
manipulador
automático
Válvula-relé
Manipulador
automático
Manipulador independente
Punho do
Manipulador
Automático
Punho do
Manipulador
Independente
Punho da Válvula
Interruptora do
Manipulador
Automático
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2.2.3.1.1 Punho do manipulador automático
A aplicação do freio automático é feita através do punho do manipulador automático, que
está localizado no pedestal de controle.
Figura 2.33 Punho do manipulador automático
Movimentando o punho do manipulador automático por suas 6 (seis) posições, conforme
indicado na Figura 2.34, o maquinista controla os freios da própria locomotiva e de todo
o trem, através de variações da pressão no encanamento geral.
Figura 2.34 Zonas de aplicação do freio automático
Alívio (Marcha)
Localizada na extremidade esquerda do quadrante do
manipulador.
Esta posição é utilizada para carregar o encanamento geral e,
simultaneamente, aliviar os freios da locomotiva e do trem.
É a posição em que o punho deve ser mantido sempre que o
trem estiver em movimento.
Punho do
manipulador
automático
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Redução Mínima
Aplicação de Serviço
(Zona de Aplicação)
Supressão
Localizada com o punho do manipulador encostado na
primeira parte elevada do quadrante, à direita da posição
Alívio.
Nesta posição é obtida uma ligeira aplicação, resultante de
uma redução na pressão do reservatório equilibrante, que por
sua vez a reproduz no encanamento geral da locomotiva e do
trem, resultando numa aplicação nos cilindros de freio da
locomotiva e dos vagões.
Movendo-se o punho na Zona de Aplicação, para a direita do
entalhe da posição de Redução Mínima, aumenta-se a pressão
de ar no reservatório equilibrante, que por sua vez a reproduz
no encanamento geral através da válvula-relé, resultando no
aumento da intensidade da aplicação dos freios na locomotiva
e nos vagões.
O ponto de aplicação máxima (Serviço Total) é atingido pouco
antes do ressalto limitador da posição de Serviço, quando
sentir-se resistência do punho.
Posição localizada com o punho do manipulador encostado na
segunda parte elevada do quadrante, imediatamente à direita
da posição aplicação de Serviço Total.
Além de prover uma aplicação Total de Serviço, da mesma
forma que quando o punho está na posição de Serviço, serve
para anular uma aplicação de freio originada pelo Controle de
Segurança do Maquinista (Homem Morto ou Sobre Velocidade),
através do recondicionamento da válvula de aplicação P-2A.
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Punho fora
Emergência
Posição localizada no primeiro ponto de entalhe do quadrante,
a direita da posição de Supressão.
Esta posição coloca todas as válvulas do manipulador em
posição inoperante.
Quando a locomotiva estiver em um trem sendo Comandada
por outra locomotiva em tração múltipla ou for Rebocada
Morta, o punho deve permanecer na posição ou pode ser
retirado do manipulador, tornando-o inoperante, conforme
norma da Ferrovia.
Pode ser usada para reduzir a zero a pressão do encanamento
geral, além da redução efetuada com o punho do manipulador
na posição de Serviço Total.
É a posição localizada na extrema direita do quadrante do
manipulador automático, no último entalhe, a direita da
posição Punho Fora.
Permite uma queda rápida na pressão do encanamento geral a
fim de encurtar a distância de parada, causando
simultaneamente o funcionamento automático de todos os
areeiros das locomotivas e a redução do motor diesel para
marcha lenta.
Esta posição deve ser utilizada para rearmar o sistema quando
houver uma quebra do trem, que provoca uma aplicação de
Emergência.
Após a aplicação de Emergência o punho do manipulador
automático deve permanecer nesta posição até que a pressão
indicada no manômetro do reservatório equilibrante caia a
zero.
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2.2.3.1.2 Válvula interruptora do manipulador automático
A válvula interruptora é usada para isolar ou preparar o manipulador de freio automático
para funcionamento com equipamento de trem com alívio direto ou com alívio gradual.
Quando operada, aciona internamente a válvula interruptora do encanamento geral, que
corta o fluxo de ar da válvula-relé para o encanamento geral.
Figura 2.35 Válvula Interruptora
O punho da válvula interruptora fica em cada uma de suas três posições por pressão de
mola.
É necessário comprimir o punho para movê-lo de uma posição para outra.
Cada uma das três posições do punho da válvula interruptora condiciona o manipulador
automático para um dos tipos de trabalho:
FRT - Posição de Carga
Condiciona o manipulador para Alívio Direto, isto é, só se inicia o alívio após o
punho do manipulador ter atingido a posição de Alívio ou Marcha.
Posição usada nos trens de carga onde as válvulas dos vagões estão condicionadas
a promoverem o alívio do sistema de freio com um pequeno incremento de ar no
encanamento geral.
OUT - Posição Desligado
Isola o manipulador permitindo que se faça por ele apenas as aplicações de
Emergência.
É utilizada para:
Verificar vazamento no encanamento geral;
Estando o manipulador automático desligado pela válvula interruptora, é possível
fazer um teste de vazamento do encanamento geral.
Válvula
Interruptora
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Quando a locomotiva está sendo usada como unidade comandada em tração
múltipla.
Numa locomotiva comandada, o fechamento da válvula interruptora do
encanamento geral permite que o abastecimento e redução do encanamento
geral sejam feitos a partir da locomotiva comandante.
Quando a locomotiva está sendo usada como unidade rebocada morta.
PASS - Posição Passageiro
Condiciona o manipulador para Alívio Gradual, isto é, o alívio se faz
proporcionalmente ao deslocamento do punho do manipulador para a esquerda,
dentro da Zona de Aplicação em direção à posição de Alívio.
Esta posição dever ser isolada quando em trens de carga, pois se a mesma for
utilizada, um pequeno deslocamento do punho para trás, dentro da Zona de
Aplicação, provoca um Alívio Total nos freios dos vagões, embora o manômetro na
cabina do maquinista ainda esteja registrando que os freios estão aplicados.
Para todas as operações normais da locomotiva como unidade comandante, o punho da
válvula interruptora deve ser colocado na posição FRT ou PASS, dependendo do serviço
pretendido para a locomotiva.
As aberturas da válvula interruptora incluem também duas válvulas de retenção que
ligam a pressão do encanamento geral ou do reservatório principal à válvula interruptora
do encanamento geral, dependendo de qual seja a pressão mais elevada.
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2.2.3.1.3 Válvula reguladora
A válvula reguladora é composta por uma válvula de admissão e outra de descarga.
Sua função é regular manualmente o carregamento e a pressão no reservatório
equilibrante e, através da repetição dessa pressão na válvula-relé, obtém-se a regulagem
no encanamento geral.
A função de auto recobrimento da válvula reguladora mantém automaticamente a
pressão do reservatório equilibrante, independente da sobrecarga e contra vazamentos.
Essa válvula é operada por um excêntrico fixo ao eixo do manipulador, comandado pelo
punho.
Regula a formação de pressão no encanamento (15) de carregamento do reservatório
equilibrante.
Essa pressão é canalizada diretamente pela passagem (5) do manipulador ou através de
uma válvula P-2A de aplicação de freio, para fora do manipulador.
Em seguida, é conduzida através da passagem (5) do manipulador para a face externa do
diafragma da válvula-relé.
O deslocamento do punho do manipulador automático da posição Alívio para a Zona de
Aplicação faz a válvula reguladora diminuir a pressão no reservatório equilibrante em
proporção à extensão do deslocamento até que, na posição Serviço Total, a pressão do
reservatório equilibrante seja reduzida o suficiente para produzir uma aplicação de
serviço total.
A ajustagem da pressão do reservatório equilibrante na posição Alívio pode ser feita
atuando-se no parafuso de ajuste (A) da extremidade de válvula reguladora.
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2.2.3.1.4 Válvula-relé
Esta parte do manipulador consiste de uma válvula operada por diafragma, que repete a
pressão do reservatório equilibrante no encanamento geral, isto é, estabelece uma
pressão no encanamento geral igual à pressão do reservatório equilibrante.
Ele é capaz de fornecer ou descarregar a pressão do encanamento geral.
Com o punho do manipulador automático na posição Alívio, ela atua como válvula
alimentadora para carregar o encanamento geral da locomotiva e do trem,
Com o punho do manipulador automático nas posições de Aplicação, de Supressão, de
Punho Fora e de Emergência, a redução da pressão do reservatório equilibrante pela
válvula reguladora faz com que a válvula-relé reduza de modo correspondente a pressão
do encanamento geral.
A válvula-relé manterá a pressão do encanamento geral contra os vazamentos do mesmo.
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2.2.3.1.5 Válvula Interruptora do encanamento geral
A válvula interruptora do encanamento geral interrompe o fluxo de ar da válvula-relé para
o encanamento geral, na eventualidade de que:
Ocorra uma aplicação de emergência;
A válvula interruptora piloto seja operada para a posição OUT;
Seja operado qualquer dispositivo auxiliar ligado ao manipulador que exija a
interrupção do fluxo de ar para o encanamento geral, para as finalidades da
proteção contra fracionamento do trem.
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2.2.3.1.6 Válvula de descarga
Quando o punho do manipulador automático estiver na posição Emergência, a válvula de
descarga é operada por um excêntrico existente em seu eixo, para produzir uma queda
rápida da pressão do encanamento geral.
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2.2.3.1.7 Válvula de emergência
Quando o punho do manipulador automático estiver na posição Emergência, a válvula de
emergência é operada por um excêntrico existente em seu eixo, para executar as duas
funções:
Fornecer um fluxo de ar do reservatório principal para o encanamento (12),
destinado à operação das chaves interruptoras PCS (Power Cutoff Switch), que atua
no corte dos motores de tração, e outras funções auxiliares que possam ser
exigidas.
Descarregar rapidamente a pressão do reservatório equilibrante, de modo a
assegurar o descarregamento do encanamento geral.
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2.2.3.1.8 Válvula de supressão
A válvula de supressão é operada por um excêntrico existente no eixo do punho do
manipulador automático, para:
Fornecer ar do reservatório principal ao orifício (26), para operação dos dispositivos
auxiliares, nas posições Supressão, Punho Fora e Emergência.
Bloquear o encanamento (8), de modo a restabelecer a válvula de aplicação de freio
P-2A antes de aliviar estas aplicações de freio auxiliar.
Fornecer ar do reservatório principal ao orifício (3), com o punho do manipulador na
posição Alívio, de modo a manter aberta a válvula interruptora do reservatório
equilibrante e a válvula-carretel da válvula interruptora do manipulador, via orifício
(7).
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2.2.3.1.9 Reservatório equilibrante
Fornece um volume adicional de 3,6 litros de ar para a câmara do pistão da válvula-relé
do manipulador automático, a fim de evitar o alívio dos primeiros vagões, o que
proporciona estabilidade ao sistema de freio a ar.
Também permite ao maquinista efetuar reduções controladas no encanamento geral.
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2.2.3.1.10 Válvula Interruptora do reservatório equilibrante
Esta válvula serve para permitir a operação de trens que utilizam equipamentos do tipo
de alívio direto ou graduado nos vagões:
Em serviço de carga
Com o punho da válvula interruptora do manipulador na posição FRT, a válvula
interruptora do reservatório equilibrante somente fica aberta com o punho do
manipulador automático na posição Alívio, e somente nesta posição podem ser feitos os
alívios de freio.
Em serviço de passageiros
Com o punho da válvula interruptora do manipulador na posição PASS, a válvula
interruptora do reservatório equilibrante é mantida aberta em todas as posições do
punho do manipulador automático e os freios podem ser completamente aliviados na
posição Alívio ou podem ser aliviados gradualmente pelo punho do manipulador
automático.
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2.2.3.2 Manipulador independente SA-26
O manipulador de freio independente SA-26, montado na frente do suporte dos
encanamentos, é destinado a:
Aplicar e aliviar os freios da locomotiva, ou do conjunto de locomotivas, quando se
trata de tração múltipla, em separado dos freios da composição.
Aliviar uma aplicação do freio automático da locomotiva em separado dos freios da
composição.
A aplicação do freio independente é feita através do punho do manipulador
independente, que está localizado no pedestal de controle, abaixo do punho do
manipulador automático.
Figura 2.36 Punho do manipulador independente SA-26
O movimento do punho do manipulador independente possui 4 (quatro) posições,
conforme indicado na Figura 2.37.
Figura 2.37 Zonas de aplicação do freio independente
Punho do
Manipulador
Independente
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Alívio (Marcha)
Alívio rápido
Aplicação
Aplicação total
É a posição mais à esquerda do quadrante do manipulador que
faz aliviar os freios da locomotiva após uma aplicação
independente.
O punho do manipulador normalmente fica nesta posição quando
a locomotiva estiver trafegando normalmente ou quando em
tração múltipla na condição de Comandada ou Morta, mantendo
soltos os freios da locomotiva.
Quando na posição de Alívio, se o punho do manipulador da
locomotiva comandante for pressionado para baixo, ocorrerá a
Supressão ou Alívio Rápido de uma aplicação de serviço do freio
automático das locomotivas, sem afetar a aplicação do freio
automático do trem.
É a posição onde se aplicam os freios da locomotiva.
O grau de aplicação do freio é determinado pela distância em que
o punho do manipulador é movimentado em direção à posição de
aplicação total.
Voltando-se o punho no setor de aplicação obtém-se o Alívio
Gradual dos freios da locomotiva.
É a posição mais à direita do quadrante do manipulador.
Proporciona a aplicação máxima disponível do freio para a
frenagem da locomotiva.
O movimento do punho do manipulador independente da posição de alívio para a posição
Aplicação Total atua um excêntrico que, por sua vez, posiciona um conjunto de válvula
de alimentação e exaustão para primeiramente assentar a válvula de exaustão e, em
seguida, desassentar a válvula alimentadora.
O ar do reservatório principal flui através da válvula alimentadora desassentada, do
orifício (30) para o orifício (20).
O orifício (20) do suporte dos encanamentos do manipulador é ligado ao orifício de
controle (16) da válvula-relé da locomotiva.
Portanto, a pressão criada no orifício (20) atuará a válvula-relé para criar pressão nos
cilindros de freio d locomotiva.
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Ao aumento da pressão contra o diafragma, se opõe a pressão de mola no lado oposto e,
quando ocorre o equilíbrio entre a pressão do ar e a pressão da mola, conjunto da válvula
é movido para a sua posição “Recobrimento”.
Nesta posição, a válvula alimentadora fica fechada interrompendo o fluxo de ar do
reservatório principal para o orifício (20).
Se, em resultado de um vazamento da linha (20), ocorrer uma queda de pressão, o
diafragma será deslocado para novamente desassentar a válvula alimentadora e permitir
que o ar do reservatório principal restabeleça a pressão no orifício (20) até o valor da
regulagem da mola.
Esta é a característica de manutenção de pressão por auto recobrimento do manipulador
independente.
A compressão do punho do manipulador independente, sempre que o mesmo estiver na
posição Alívio, provocará o alívio de qualquer aplicação de freio automático existente na
locomotiva.
O ar do reservatório principal fluirá para o orifício (13), o qual é ligado à parte de alívio
rápido da válvula de controle 26-F, que funciona para aliviar os freios da locomotiva.
O abaixamento do punho do manipulador independente em um ponto na zona de
aplicação aliviará a aplicação automática apenas pelo valor correspondente à sua posição
na zona de aplicação.
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2.2.3.2.1 Válvula de Controle 26-F
A válvula de controle 26-F pode ser considerada como o cérebro do sistema de freio.
É uma válvula automática, composta de um suporte de encanamentos, ao qual são
fixados todos os encanamentos, uma parte de serviço e uma parte de alívio rápido.
Figura 2.38 Válvula de controle 26-F
As conexões dos encanamentos até o suporte são designadas numericamente e assim
são identificadas no diagrama da Figura 2.39.
1 - Encanamento geral 5 - Reservatório auxiliar
7 - Reservatório de controle 9 - Volume de válvula seletora
10 - Descarga dos cilindros de freio 13 - Encanamento atuante
16 - Encanamento de aplicação do cilindro de freio
Figura 2.39 Diagrama da válvula de controle 26-F
Parte de
alívio rápido
Parte de
serviço
Suporte do
encanamentos
Tampão de
alívio gradual
Válvula limitadora
de serviço
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Parte de serviço
A parte de serviço da válvula de controle 26-F é comandada por variações de pressão no
encanamento geral, tendo como referência à pressão do reservatório de controle, em
ritmo de serviço ou de emergência causadas pelas posições do manipulador automático
ou por penalidades, ou, originadas no trem.
Figura 2.40 Parte de serviço da válvula de controle 26-F
Quatro reservatórios são controlados pela parte de serviço:
1) Reservatório Auxiliar 16,4 litro
Destinado a armazenar o ar para aplicar os freios através da válvula-relé.
2) Reservatório de Controle 14,7 litro
Serve como volume de referência para movimentar e manter a válvula de controle na
posição de aplicação de freio de serviço ou de emergência.
3) Reservatório de Volume Seletor 8,2 litro
Serve como volume de referência para movimentar a válvula de controle para a
posição de serviço rápido, assim como para efetuar o alívio gradual dos freios
quando a válvula de controle é condicionada para alívio gradual.
4) Reservatório de Volume 1,5 litro
Também é conhecido como Reservatório de Falso Volume do Cilindro de Freio.
Sempre que há uma aplicação do freio automático, o ar do reservatório auxiliar flui
através da válvula de controle 26-F para o reservatório de volume, em proporção à
redução de pressão do encanamento geral.
A pressão criada neste reservatório é reproduzida nos cilindros de freio pela válvula-
relé.
Este reservatório poderá ser suprimido se o volume da tubulação e das câmaras
internas das válvulas–relés for o suficiente para o equilíbrio.
A parte de serviço é composta pelas seguintes partes:
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Válvula de serviço
A válvula de serviço é uma válvula-carretel composta de dois pistões com diafragmas e
um sistema de molas, comandada pela redução de pressão do encanamento geral, com
referência à pressão mantida no reservatório de controle.
Os dois diafragmas, selecionados para referência correta de pressão do manipulador, em
conjunto com a mola da parte de serviço permitem a operação estável do freio
automático, juntamente com a criação adequada de pressão no cilindro de freio, a fim de
funcionar satisfatoriamente em conjunto com outros sistemas de freio automático.
Sempre que ocorrer uma redução na pressão do encanamento geral, o conjunto da
válvula-carretel move-se para cima fechando-se a válvula de Alívio e depois abrindo a
válvula de Aplicação.
As válvulas de aplicação e de alívio controlam o movimento de ar do reservatório auxiliar
para o encanamento de controle da válvula-relé e desta para a atmosfera.
O carretel da válvula de serviço também serve para descarregar o ar que controla a
válvula-relé, sempre que a pressão do encanamento geral for aumentada.
Válvula de carregamento
A válvula de carregamento tem duas funções:
1) Interromper o fluxo de ar do volume do serviço rápido para a atmosfera, após
iniciada a aplicação de freio.
2) Interromper a dissipação do ar do reservatório de controle para o encanamento
geral durante a operação de Alívio Gradual da válvula de controle.
Tampão de alívio gradual ou direto
O tampão de alívio gradual ou direto fica na parte de serviço, e sua posição é
determinada pelo tipo de serviço no qual a locomotiva vai ser usada:
1) Alívio direto - (DIR REL) serviço de carga
2) Alívio gradual - (GRAD REL) serviço de passageiro
Válvula seletora
A válvula seletora é uma válvula-carretel de operação por diafragma
A pressão do ar do volume seletor fica aplicada na face externa do diafragma, em
oposição à pressão do encanamento geral sobre o lado da mola do diafragma.
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Funciona de modo semelhante a uma válvula tríplice no início de uma redução no
encanamento geral, para produzir a função de Serviço Rápido.
Contém uma característica que permite que a válvula de controle seja incluída de modo
satisfatório em trens com equipamento de freio D-22.
Ela também exerce a função de alívio gradual, estando o tampão de alívio gradual na
posição de alívio gradual (GRAD REL), e fornece um alívio direto quando o tampão de
alívio gradual está na posição de alívio direto (DIR REL).
Válvula de retenção de sobrecarga da válvula seletora
A válvula de retenção de sobrecarga da válvula seletora, localizada na passagem de
exaustão da válvula seletora, consiste de uma válvula de retenção por pressão de mola e
protetor de descarga que retém aproximadamente 35 a 45 psi de pressão do volume
seletor sobre a face externa do diafragma da válvula seletora durante a aplicação de
emergência.
Isso faz com que seja necessário aumentar primeiramente a pressão do encanamento
geral até o valor da pressão do volume seletor, antes que se possa realizar o alívio de
aplicação de freio de emergência.
Válvula de retenção de carregamento do reservatório auxiliar
Controla o carregamento do reservatório auxiliar a partir do encanamento geral.
Válvula de retenção de dissipação do reservatório de controle
Controla a dissipação do ar do reservatório de controle para o encanamento geral
durante o alívio direto da válvula de controle.
Válvula de retenção do refluxo
Controla a dissipação do ar do encanamento geral da câmara da mola da válvula seletora
para o volume de serviço rápido, durante os estágios iniciais de uma aplicação de freio.
A parte de serviço também contém duas válvulas limitadoras de pressão do cilindro de
freio, dispostas em paralelo:
Válvula limitadora de pressão no cilindro de freio nas aplicações de serviço;
Limita a pressão máxima dos cilindros de freio durante as aplicações de serviço.
A válvula limitadora de serviço é calibrada em um banco de provas e é lacrada com arame
e lacre de chumbo.
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Este lacre não deve ser quebrado exceto quando houver autorização do pessoal
credenciado da Ferrovia.
Válvula limitadora de pressão no cilindro de freio nas aplicações de emergência;
Limita a pressão máxima obtida durante as aplicações de emergência.
A válvula limitadora de pressão de emergência é mantida fechada por uma pressão
predeterminada do encanamento geral e é aberta para limitar a pressão dos cilindros de
freio somente depois que a pressão do encanamento geral cai abaixo daquele valor,
como ocorre durante as aplicações de emergência.
A válvula limitadora de emergência é calibrada durante a fabricação e não requer ajustes.
Parte de alívio rápido
A parte de alívio rápido é projetada para permitir o alívio dos freios da locomotiva em
separado de uma aplicação do freio automático da locomotiva pela parte de serviço,
sempre que o maquinista comprimir o punho do manipulador independente na posição
de alívio ou, automaticamente, quando a válvula magnética de intertravamento do freio
dinâmico for energizada, isto é, quando a locomotiva entrar em Frenagem Dinâmica.
Figura 2.41 Parte de alívio rápido
Quando se abaixa o punho do manipulador independente, a pressão do ar criada no
encanamento atuante (13) do manipulador flui para o orifício (13) da válvula de controle,
provocando assim, a operação do conjunto válvula-carretel e diafragma pequeno da parte
da válvula de alívio rápido.
O movimento deste diafragma e válvula-carretel interrompe, e descarrega para a
atmosfera, a pressão de ar do encanamento de aplicação de serviço para a válvula-relé.
A operação do diafragma pequeno na válvula de alívio rápido inicia a operação da válvula-
carretel e diafragma grande, o qual, por sua vez, permite a descarga do ar do
reservatório de controle para a atmosfera em uma quantidade suficiente para equilibrar a
pressão do reservatório de controle com a pressão do encanamento geral.
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Isto evita a reaplicação dos freios ao se soltar o punho do manipulador independente.
Para evitar a descarga completa da pressão do reservatório de controle após uma
aplicação de emergência e para assegurar uma reaplicação de freio automático
imediatamente, mesmo após uma aplicação de emergência, no orifício de exaustão do
reservatório de controle há uma válvula de retenção, que também tem um protetor de
descarga, mantém aproximadamente 20 psi de pressão no reservatório de controle.
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2.2.3.2.1.1 Funcionamento da válvula de controle 26-F
Carregamento
Com o manipulador automático na posição de Alívio, o ar do encanamento geral entra
pelo orifício (1) da válvula de controle.
Da passagem (1) o ar flui para as seguintes passagens e câmaras:
Para a câmara situada acima da válvula de alivio rápido.
Para a câmara de mola da válvula seletora.
Para a câmara do encanamento geral entre os dois diafragmas da válvula de serviço.
Para a válvula limitadora de emergência dos cilindros de freio, onde a pressão do
encanamento geral se opõe à força da mola e desloca a válvula-carretel para a sua
posição inferior, ou fechada.
Para a câmara acima da válvula de retenção de dissipação do reservatório de
controle, orifício de carregamento (J), passagem (1b), válvula-carretel da válvula de
carregamento, passagem (7b) e através da válvula- carretel da válvula seletora e
bujão (H).
Continua através da passagem (7) para a câmara inferior do diafragma da válvula de
serviço, e para o reservatório de controle.
Estando o tampão de alivio gradual na posição de alivio direto (DIR REL) a passagem
(1b) é ligada diretamente à passagem (7a) através do tampão.
Para a válvula de retenção de recarregamento do reservatório auxiliar, através do
bujão (F), através do qual o reservatório auxiliar é carregado.
O ar do encanamento geral passando por (7b) vindo da válvula-carretel da válvula
seletora, passa para a câmara da válvula-carretel da válvula seletora.
Daí, ele flui pelo bujão (G) e orifício (9) para o volume da válvula seletora e para a câmara
externa do diafragma da válvula seletora.
Se o sistema estiver plenamente carregado, as pressões do encanamento geral e do
reservatório de controle que atuam contra as faces opostas do diafragma grnde da
válvula de serviço estão equilibradas.
O pistão da válvula de serviço e o diafragma são mantidos em sua posição inferior pela
mola de alívio, que atua contra o diafragma.
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A extremidade da haste do diafragma da válvula de serviço se afasta da válvula de
retenção de alívio e aplicação, de modo a permitir que os orifícios (16 a 16a) sejam
descarregados para a atmosfera.
Posição de serviço
Quando o punho do manipulador automático é movido para a posição Serviço, a pressão
do encanamento geral no orifício (1) é reduzida para um nível determinado pelo
deslocamento do punho do manipulador.
Esta redução da pressão do encanamento geral ocorrerá na câmara superior do diafragma
grande da válvula de serviço.
O diferencial de pressão causado pela pressão mais elevada do reservatório de controle,
atuando contra este diafragma, iniciará o movimento ascendente do conjunto do
diafragma da válvula de serviço e da haste do pistão para primeiro fechar a válvula de
alívio e, em seguida, abrir a válvula de aplicação.
A redução da pressão do encanamento geral ocorre, também, na câmara de mola da
válvula seletora.
O diferencial de pressão resultante, estabelecido no diafragma da válvula seletora,
desloca o diafragma e a válvula-carretel para permitir que aconteça o seguinte:
O carregamento do volume seletor, com ar do reservatório de controle via orifício
(G), é interrompido pela válvula-carretel.
A ação de serviço rápido ocorre logo que a pressão do ar do encanamento geral na
câmara da mola tiver sido reduzida o suficiente para criar um diferencial no
diafragma da válvula seletora suficiente para mover a válvula-carretel para dentro,
até uma posição em que o orifício (1c) fica ligado com a câmara da mola.
Então, o ar do encanamento geral passa pelo orifício (1c), orifício (K), válvula de
retenção do refluxo e orifício (6a) para o volume de serviço rápido no suporte dos
encanamentos.
O ar do volume de serviço rápido é dissipado pelo orifício (C) e orifício (6) para a
atmosfera, através da extremidade da válvula-carretel da válvula de carregamento.
Quando o conjunto do diafragma da válvula seletora e válvula-carretel tiver se
deslocado para dentro, até a posição de Serviço (válvula seletora contra o corpo), a
pressão do volume seletor no orifício (9) atuando contra a face externa do
diafragma da válvula seletora, é descarregada para a atmosfera via passagem de
exaustão e válvula de retenção de sobrecarga do volume seletor, arte que a pressão
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do volume seletor tenha caído o suficiente para equilibrar as forças no diafragma,
através da válvula e do orifício (L), para a atmosfera.
O conjunto do diafragma e válvula-carretel é deslocado pela tensão da mola para
uma posição de Recobrimento terminando a redução da pressão do volume seletor.
Quando a válvula de aplicação for aberta, o ar do reservatório auxiliar no orifício (5) flui
através da válvula de aplicação e da válvula limitadora nos cilindros de freio nas
aplicações de serviço para as seguintes câmaras:
Para a face externa do diafragma da válvula de carregamento, iniciando o
movimento da válvula-carretel, o qual interrompe a descarga do ar do encanamento
geral, via volume do serviço rápido, apara a atmosfera.
Para o orifício (16), existente no suporte dos encanamentos, via válvula-carretel do
diafragma menor da válvula de alívio rápido e daí, através do encanamento (16) de
aplicação dos cilindros de freio, para a válvula-relé.
Para a câmara da mola existente na válvula de serviço, onde a pressão continuará a
aumentar até que as forças combinadas (mola, pressão do ar na câmara da mola e
pressão do encanamento geral) equilibram-se coma força resultante da pressão do
reservatório de controle, que atua em oposição contra o diafragma maior.
Sempre que for atingido o ponto de equilíbrio, o conjunto do diafragma da válvula
de serviço e a haste do pistão serão deslocados para baixo para tomarem uma
posição de recobrimento onde a válvula de aplicação é fechada pela tensão da mola
e a válvula de alívio permanece fechada.
A pressão do ar nos orifícios (16 e 16a) aumenta no lado de baixo da válvula
limitadora dos cilindros de freio em serviço até atingir um ponto em que excede a
força da mola da válvula limitadora.
Quando isto ocorre, a válvula-carretel é deslocada para cima, apara uma posição
onde há interrupção do fluxo de ar da válvula de aplicação para o orifício (16).
A tensão da válvula limitadora limita a pressão máxima entregue à válvula-relé
durante uma aplicação dos freios de serviço.
Sempre que forem empregadas pressões mais elevadas do encanamento geral, é possível
obter-se uma sobre redução coma a válvula de controle 26-F.
Não obstante, a sobre redução não apresentará qualquer efeito na pressão dos cilindros
de freio, pois esta pressão é determinada pelas válvulas limitadoras dos cilindros de freio
de emergência e de serviço.
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Posição de Emergência
Quando ocorre uma aplicação de Emergência, a válvula de controle 26-F funciona de
modo semelhante ao descrito acima.
Todavia, várias funções adicionais são desenvolvidas na válvula de controle, como segue:
Como no caso de uma aplicação de Serviço, a pressão do volume seletor é reduzida
através do orifício (9) da válvula-carretel da válvula seletora para atmosfera, via
válvula de retenção de sobrecarga do volume seletor.
Entretanto, a pressão do volume seletor é impedida de descarregar por causa da
mola da válvula de retenção de sobrecarga do volume seletor que mantem
aproximadamente 35 a 45 psi.
O ar do reservatório auxiliar fluindo através da válvula de aplicação, passa para as
válvulas limitadoras dos cilindros de freio e para os orifícios (16a e 16) e para a
válvula-relé.
Existe uma câmara para o ar do encanamento geral na válvula limitadora de
emergência e é esta pressão que normalmente retém para baixo o carretel para
baixo o carretel da válvula limitadora dos cilindros de freio de emergência.
Durante os estágios iniciais de uma aplicação de emergência, a válvula limitadora de
emergência permanece fechada.
Quando a pressão do encanamento geral cair para entre 10 e 15 psi, a força da
mola da válvula limitadora de emergência vence a força resultante da pressão do
encanamento geral sobre a válvula-carretel.
A válvula-carretel é, então, movida para cima, abrindo a válvula de retenção e
proporcionando uma passagem alternativa ao ar do reservatório auxiliar para o
orifício (16) e válvula-relé.
Durante as aplicações de emergência, a queda da pressão do encanamento geral é
tão rápida que, no instante em que a válvula limitadora de emergência abre a
válvula de retenção, a válvula limitadora de serviço ainda está aberta.
A válvula de retenção da válvula limitadora do freio de emergência permanecerá
aberta para permitir a continuação do fluxo de ar para a válvula-relé.
A pressão do ar admitido à válvula relé aumenta e a válvula limitadora de serviço se
fechará quando for atingida a sua pressão calibrada.
O continuado aumento da pressão aplica, também, uma força contra a válvula-
carretel da válvula limitadora do freio de emergência.
Quando esta pressão atinge um ponto ligeiramente superior ao valor da mola da
válvula-carretel, a válvula–carretel será forçada a descer, permitindo que a válvula de
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retenção seja assentada, cessando o prosseguimento da descarga do ar do
reservatório auxiliar para a válvula-relé.
Posição de alívio
Quando o punho do manipulador automático é movido para a posição Alívio, o aumento
da pressão do encanamento geral provoca um aumento semelhante na câmara do
encanamento acima do diafragma grande da válvula de serviço.
As forças combinadas da pressão no orifício (16), pressão do encanamento geral e mola
de alívio grande, atuando contra a pressão do reservatório de controle, fazem descer o
diafragma de serviço e a haste do pistão puxando a válvula de alívio.
Isto permite que o ar do orifício (16) descarregue para a atmosfera a válvula-relé, através
da haste do pistão da válvula de serviço para o orifício (10) no suporte dos
encanamentos.
A mesma pressão do orifício (16) é também descarregada da face externa do diafragma
da válvula de carregamento e a força da mola retornará à válvula-carretel da válvula de
carregamento e o diafragma para a sua posição normal ou de carregamento.
O carregamento do encanamento geral para o reservatório de controle é restabelecido,
especialmente se o tampão de alívio gradual estiver posicionado para operação de alivio
gradual (GRAD REL).
A queda continuada da pressão dos cilindros de freio nas válvulas limitadoras permite
que a mola da válvula limitadora de freio de serviço faça descer a válvula e, devido ao
aumento da pressão do encanamento geral, fica, também, posicionada para baixo a
válvula-carretel da válvula limitadora do freio de emergência.
Estando ambas a s válvulas na posição normal (inferior) todo o ar do orifício (16) flui
rapidamente para a atmosfera.
O aumento da pressão do encanamento geral na câmara da mola da válvula seletora até o
valor da pressão do volume seletor moverá o conjunto do diafragma e carretel da válvula
seletora para a sua posição normal, restabelecendo o carregamento do reservatório de
controle e do reservatório de volume seletor até a pressão do encanamento geral.
Alívio Independente de uma Aplicação Automática
Para aliviar os freios da locomotiva, independentemente dos freios do trem, o punho do
manipulador independente SA-26 deve ser abaixado na posição Alívio.
O ar do reservatório principal passará para o orifício (13) na válvula de controle, através
do encanamento atuante.
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Este ar descarrega através do orifício (13), para o lado de baixo do diafragma menor da
válvula de alívio rápido, onde a força vence a força da mola que atua contra a face
externa do diafragma e o conjunto do diafragma e válvula-carretel é movido para sua
posição mais alta.
O ar do reservatório de controle pode então fluir através da válvula-carretel para o lado
inferior do diafragma maior da parte de alívio rápido.
A pressão do reservatório de controle, sendo mais alta que a pressão do encanamento
geral contra a face oposta do diafragma, posiciona o conjunto do diafragma e válvula-
carretel na sua posição mais alta.
Estando ambas as válvulas-carretel nesta posição, o ar do orifício (16) que é ligado à
válvula-relé, é descarregado para a atmosfera e o ar do reservatório de controle e orifício
(7) é, também, descarregado para a atmosfera.
O reservatório de controle continuará a ser descarregado para a atmosfera até que a sua
pressão tenha sido reduzida para aproximadamente a pressão do encanamento geral,
então o diferencial de pressão no diafragma maior será contrabalançado e o conjunto do
diafragma maior e válvula-carretel serão forçados para baixo.
Isto faz cessar a exaustão para a atmosfera do reservatório de controle.
A redução da pressão do ar do reservatório de controle é necessária, porque ela deve ser
equilibrada com a do encanamento geral, de modo a evitar a reaplicação dos freios da
locomotiva, quando do alívio do punho manipulador independente for solto.
Entretanto, para impedir a descarga total da pressão do reservatório de controle quando
se alivia o freio da locomotiva após uma aplicação de Emergência, uma válvula de
retenção da pressão do reservatório de controle mantém aproximadamente 20 psi no
reservatório de controle, que é o valor da pressão de sua mola.
A finalidade da manutenção desta pressão no reservatório de controle é a de tornar
possível uma reaplicação automática na locomotiva após o alívio do freio da locomotiva,
mesmo depois de uma aplicação de emergência.
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2.2.3.2.2 Válvula-relé J-1
A válvula-relé J-1 é uma válvula de alta capacidade do tipo auto recobridor e mantenedor
de pressão, operada por diafragma.
Controla o desenvolvimento da pressão no encanamento de equalização dos cilindros de
freio da locomotiva durante as aplicações e alívio dos freios da locomotiva seja pelo
manipulador automático ou pelo manipulador independente.
Esta pressão será destinada para a aplicação dos freios das locomotivas comandadas no
caso de operação em tração múltipla.
Figura 2.42 Válvula-relé J-1
Consiste de uma haste de pistão com anéis “O” e uma válvula de retenção de borracha de
sede dupla.
Transfere para o cilindro de freio da locomotiva comandada, através do encanamento de
equalização e da seletora F-1, a mesma pressão recebida na locomotiva comandante,
durante a aplicação dos freios.
A parte operativa está montada em um suporte de encanamentos, no qual são feitas
todas as conexões dos encanamentos até o suporte, que são designadas numericamente
e assim são identificadas no diagrama da Figura 2.43.
6 - Abastecimento (RP) 16 - Controle 30 - Entrega (Cilindro de Freio - CF)
Figura 2.43 Diagrama da válvula-relé J-1
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Suas finalidades são:
Fornecer e descarregar a pressão de ar dos cilindros de freio e do encanamento
equilibrante dos cilindros de freio, durante as aplicações ou alívio dos freios das
locomotivas, quando opera sozinha, sem a presença da válvula relé J-1.6-16.
Fornecer e descarregar a pressão de ar apenas do encanamento equilibrante dos
cilindros de freio, durante as aplicações ou alívio dos freios das locomotivas,
quando opera em conjunto com a válvula relé J-1.6-16.
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2.2.3.2.2.1 Funcionamento da válvula-relé J-1
Esta válvula de auto recobrimento, operada por diafragma é projetada para desenvolver
nos cilindros de freio uma pressão aproximadamente equivalente à pressão gerada no
encanamento que a controla.
Durante as aplicações de freio, o ar de controle cria uma pressão na tubulação (16) do
suporte dos encanamentos até a válvula-relé.
Esta pressão de ar é, também, criada na câmara inferior do pistão e da face do diafragma
grande da válvula-relé, fazendo subir o conjunto do diafragma e da haste.
Durante este movimento ascendente, a extremidade da haste do pistão, que contém uma
sede da válvula de exaustão, encosta e veda o lado inferior da válvula de retenção de
borracha para fechar a conexão de exaustão através da haste do pistão contra o orifício
(30), que é ligado aos cilindros de freio.
O prosseguimento do movimento ascendente faz com que a válvula de retenção de
borracha seja movida para fora da sede da válvula alimentadora e o ar do reservatório
principal flui através da válvula de retenção de borracha para o orifício (30) e para os
cilindros de freio.
O orifício (30) é também ligado através do orifício estabilizador à câmara da mola da face
interna do diafragma da válvula-relé, de modo que à medida que estiver sendo criada
uma pressão nos cilindros de freio, estará sendo criada uma pressão igual na câmara de
mola.
Na medida em que o diafragma for ficando equilibrado, ele é movido para baixo, para a
posição de Recobrimento (LAP), na qual a válvula de retenção de borracha fica assentada
contra a sede da válvula alimentadora, de modo a cessar o fluxo de ar para o cilindro de
freio e a válvula de exaustão permanece assentada.
A válvula-relé voltará a funcionar para manter a pressão da tubulação de entrega sempre
que ocorrer um vazamento dos cilindros de freio.
A pressão na câmara da mola diminuirá e o diafragma e a haste serão novamente
deslocados para cima, pela pressão de controle mais alta, que atua contra sua face
externa.
Assim, a válvula de retenção de borracha será forçada a sair de sua sede na válvula
alimentadora e o ar do reservatório principal fluirá para os cilindros de freio, a fim de
restabelecer a pressão perdida pelo vazamento.
Quando for novamente atingido o equilíbrio com a pressão de controle, o diafragma e a
haste serão abaixados para a posição de Recobrimento, interrompendo o fluxo de ar do
reservatório principal para os cilindros de freio.
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Quando dos alívios de freio, uma redução na pressão do ar de controle que atua contra a
face externa do diafragma da válvula-relé fará com que a pressão mais alta dos cilindros
de freios desloque para baixo o diafragma e a haste, fazendo a válvula de exaustão abrir
a válvula de retenção de borracha.
O ar do cilindro de freio é então descarregado através da sede da válvula de retenção e
da haste o orifício de descarga e, daí, para a atmosfera.
Pode-se, também, obter um alívio gradual da pressão de ar dos cilindros de freio sempre
que a pressão de ar controlada for aliviada gradualmente.
Quando isto ocorre, a pressão mais alta dos cilindros de freio faz o diafragma operar
para abrir a descarga até o diafragma ficar novamente em equilíbrio após o que ele
retornará para sua posição de Recobrimento.
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2.2.3.2.3 Válvula-relé J-1.6.16 ou válvula-relé J-1.4.14
A válvula-relé J-1.6.16, ou a válvula-relé J-1.4.14, é uma válvula de alta capacidade do tipo
auto recobridor e mantenedor de pressão, operada por dois diafragmas.
Figura 2.44 Válvula-relé J-1.6-16
A parte operativa está montada em um suporte de encanamentos, no qual são feitas
todas as conexões dos encanamentos até o suporte, que são designadas numericamente
e assim são identificadas no diagrama da Figura 2.45.
6 - Abastecimento (RP) 16 - Controle 30 - Entrega (Cilindro de Freio - CF)
Figura 2.45 Diagrama da válvula-relé J-1.6-16
Este tipo de válvula controla o desenvolvimento da pressão no cilindro de freio da
locomotiva comandante durante as aplicações e alívio dos freios da locomotiva, feita pelo
manipulador automático ou pelo manipulador independente.
É utilizado em locomotivas com truques projetados para a utilização de sapata de freio
de composição de alta fricção, que aplicam uma força de retardamento que depende
menos da velocidade da locomotiva do que as de ferro fundido.
Para atender a solicitação dos operadores, de uma maior força de retardamento a baixas
velocidades, foi projetado um sistema de freio de dois níveis.
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Assim, todas as aplicações de sapatas de freio de composição são feitas para produzir
uma pressão mais alta no freio independente, do que nas aplicações do freio automático.
Quando a aplicação dos freios é originada pelo manipulador independente, estas válvulas
transferem para o cilindro de freio da locomotiva comandada, através do encanamento
de equalização dos cilindros de freio e da chave seletora F-1, a pressão recebida da
locomotiva comandante, acrescida de um percentual, de acordo com a sua especificação.
Tabela 2.6 Pressão desenvolvidas pelas válvulas-relé do tipo J
Válvula Pressão desenvolvida
[% da pressão de controle] Observação
J-1 100%
J-1.6.16 160%, 100% ou 60% 160% somente quando a aplicação é
feita pelo freio independente
J-1.4.14 140%, 100% ou 40% 140% somente quando a aplicação é
feita pelo freio independente
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2.2.3.2.4 Válvula-relé HB-5
A válvula-relé HB-5 é uma válvula pilotada pneumaticamente por um diafragma, que nas
aplicações de freio feitas por intermédio do manipulador automático, interrompe o fluxo de
ar admitido no diafragma menor da válvula J-1.6.16, evitando assim que a aplicação de
freio automático na locomotiva comandante seja multiplicada nas locomotivas
comandadas, que possuem a válvula-relé J-1.6.16 ou J-1.4.14.
Figura 2.46 Válvula-relé HB-5
Entretanto, nas aplicações de freio pelo manipulador independente ela permite o fluxo de
ar admitido no diafragma menor da válvula J-1.6.16, que aumenta o nível da aplicação
dos freios nas locomotivas comandadas, através ativação da segunda câmara da válvula-
relé J-1.6-16 ou J-1.4.14.
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2.2.3.2.5 Válvula de transferência MU-2A
A válvula de transferência MU-2-A pilota a válvula seletora F-1 para permitir que o
equipamento das locomotivas comandadas equipadas com sistema 26-L possa operar em
tração múltipla com uma locomotiva comandante equipada não somente com o
equipamento tipo 6-SL ou 26-L, como também com o sistema 24-RL.
Figura 2.47 Válvula de transferência MU-2A
É montada em um suporte de encanamentos e composta por uma válvula de carretel de
três posições operada por um excêntrico existente no eixo do punho.
As três posições são indicadas em uma placa (escudo) afixada ao corpo da válvula.
LEAD or DEAD Comandante ou Morta
Posição usada sempre que a locomotiva trafegar Escoteira, comandando um trem,
ou como comandante de um grupo de locomotivas em tração múltipla.
A Válvula MU-2A deve ser deixada também nesta posição se a locomotiva estiver
trafegando Morta em uma composição, isto é, sem tração, e apenas com o
encanamento geral ligado.
TRAIL 6 or 26 Comandada - 6 ou 26
Esta posição é usada para preparar a locomotiva para operar em tração múltipla,
na condição de comandada, por outra locomotiva dotada de equipamento 6-SL ou
26-L.
TRAIL 24 Comandada 24
Esta posição é usada para preparar a locomotiva para operar em tração múltipla,
na condição de comandada, por outra locomotiva dotada de equipamento 24-RL.
O punho deve ser posicionado com a seta apontando para a posição escolhida.
Para mover o punho de uma posição para outra, force-o manualmente para baixo contra a
mola para permitir o seu movimento.
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2.2.3.2.5.1 Funcionamento da válvula MU-2A
As conexões dos encanamentos são feitas no suporte dos encanamentos e são as
seguintes:
Posição Comandante ou Morta
Na posição Comandante ou Morta a pressão do reservatório principal no orifício (30) é
bloqueada e os orifícios (53 e 63) são ligados para a atmosfera.
A pressão de aplicação independente, que vem do manipulador independente (orifício
(20)) é ligada ao orifício (2) da válvula MU-2-A e passa através da válvula-carretel para o
orifício (20).
O orifício (20) da válvula MU-2-A é ligado, não apenas no orifício (20) da válvula seletora
F-1, onde o ar fica bloqueado, como também, ao orifício (16), da válvula-relé J-1 da
locomotiva, para permitir aplicações de freio independente na locomotiva.
O encanamento atuante do manipulador (orifício (13)) é ligado ao orifício (3) da válvula
MU-2-A, e passa através da válvula-carretel para o orifício (13) da válvula MU-2-A e para o
encanamento atuante na válvula de controle 26-F e também para o encanamento atuante,
se o mesmo existir na locomotiva.
Figura 2.48 Posição Comandante ou Morta
Posição Comandada – 6 ou 26
Quando uma locomotiva equipada com equipamento 26-L é comandada por uma
locomotiva que usa equipamento nº 6 ou 26, válvula MU-2-A é colocada na posição
Comandada 6 ou 26.
A válvula-carretel veda os orifícios (2,3,13 e 20).
O orifício (30) que é ligado ao encanamento atuante (13) do manipulador, é descarregado
pelo manipulador independente quando seu punho está na posição Alívio.
A pressão do reservatório principal é ligada através da válvula-carretel aos orifícios (53 e
63) da válvula seletora F-1.
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Figura 2.49 Posição Comandada - 6 ou 26
Isto posiciona a válvula F-1 para permitir que o ar do encanamento equilibrante dos
cilindros de freios, orifício (14) seja ligado aos orifícios (16 e 20) os quais são ligadas
através da válvula de retenção dupla e, assim, ao orifício (16) da válvula-relé da
locomotiva, durante uma aplicação de freio proveniente da locomotiva comandante.
Posição Comandante – 24
Quando a locomotiva equipada com 26-L é comandada por uma locomotiva com sistema
24-RL, a válvula MU-2-A é colocada na posição Comandada 24.
Os orifícios (2, 3 13 e 20) são bloqueados e o orifício (53) é ligado para a atmosfera,
como no caso da posição Comandada - 6 ou 26.
O orifício (3) é descarregado pelo manipulador independente, quando seu punho estiver
na posição Alívio.
A pressão do reservatório principal é ligada ao orifício (63), o qual, por sua vez, é ligado
à válvula seletora F-1.
Isto posiciona a válvula F-1 para permitir que o ar do encanamento equilibrante dos
cilindros de freios descarregue para os orifícios (14) e (20), na válvula seletora F-1, daí
para válvula de retenção dupla e, para o orifício (16), da válvula-relé da locomotiva,
durante uma aplicação de freio iniciada pela locomotiva comandante.
Figura 2.50 Posição Comandante - 24
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2.2.3.2.6 Válvula seletora F-1
A válvula seletora F-1 se torna imprescindível em comando múltiplo com outras
locomotivas dotadas de equipamentos de freio diferentes.
Figura 2.51 Válvula seletora F-1
Pilotada pela válvula MU-2-A, prepara o equipamento de freio da locomotiva para
comandar, trafegar “morta”, ou ser comandada por outros tipos de equipamentos de
freio.
Ela também desempenha a função de proteger o equipamento de freio de uma
locomotiva comandada, mediante a reposição automática do equipamento de freio para a
posição de comandante, na eventualidade de uma separação (fracionamento) entre as
locomotivas em tração múltipla.
Havendo ruptura das mangueiras, a válvula seletora F-1 é acionada pela despressurização
do encanamento de equalização dos reservatórios principais, restabelecendo a
comunicação entre a válvula de controle e a válvula relé J-1, permitindo a aplicação do
freio dessa locomotiva.
A válvula seletora F-1 consiste de três partes, cada qual consistindo de uma válvula-
carretel.
Uma delas, a válvula de proteção, é controlada pela pressão de ar do encanamento
equilibrante dos reservatórios principais e, na eventualidade de um funcionamento de um
fracionamento, esta válvula-carretel é posicionada automaticamente para permitir as
condições de frenagem de unidade comandante.
As outras duas, que são as partes de transferência, são controladas pela pressão do ar de
controle da unidade múltipla e pelo encanamento de intertravamento de unidade
múltipla.
A válvula seletora é montada em um suporte de encanamentos, no qual são feitas todas
as conexões dos encanamentos, identificados como mostra o diagrama esquemático da
Figura 2.52.
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4 – Encanamento de Controle 20 – Encanamento de Alívio e Aplicação Independente
12 – Encanamento de Emergência 30 – Encanamento dos Cilindros de Freio
14 – Encanamento Equilibrante dos Cilindros de Freio 53 – Encanamento de Controle de Unidades Múltiplas
15 – Encanamento Equilibrante do Reservatório Principal
(Encanamento de Proteção)
63 – Encanamento de Intertravamento de Unidades
Múltiplas
16 – Encanamento de Aplicação (Válvula-relé)
Figura 2.52 Diagrama esquemático da válvula seletora F-1
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2.2.3.2.6.1 Funcionamento válvula seletora F-1
Posição Comandante ou Morta
Quando uma locomotiva equipada com sistema 26-L está comandando uma locomotiva
com equipamento 6-SL ou 26-L, a pressão doar nos orifícios (53 e 63) da válvula seletora
F-1 e descarregada na válvula MU-2-A.
O ar da válvula de controle, saindo do orifício (16) da válvula de controle 26-F, passa para
o orifício (4) da válvula seletora, passando ao orifício (16) e daí para a válvula-relé para
criar pressão nos cilindros de freio da locomotiva comandante.
O ar dos cilindros de freio da locomotiva comandante, vindo do orifício (30) da válvula-
relé, é levado ao orifício (30) da válvula seletora, passando pela válvula-carretel ao orifício
(14) para o encanamento equilibrante dos cilindros de freio para controlar os freios da
locomotiva comandada.
Figura 2.53 Posição Comandante ou Morta
Posição Comandante – 6 ou 26
Quando uma locomotiva com equipamento 26-L é comandada por uma locomotiva com
equipamento 6-SL ou 26-L.
Pressão do ar do reservatório principal passa pelos orifícios (53 e 63) da válvula MU-2A
para posicionar as válvulas de carretel da válvula seletora, conforme mostra o diagrama.
Nesta posição, o ar vindo do encanamento equilibrante dos cilindros de freio é
comunicado ao orifício (16) da válvula-relé, para criar pressão nos cilindros de freio.
O ar do encanamento equilibrante dos cilindros de freio é levado ao orifício (20) e ao
encanamento de alívio e aplicação independente, que se encontra fechado na válvula MU-
2A.
Assim, os freios são aplicados na unidade comandada, da mesma forma que na unidade
comandante.
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Figura 2.54 Posição Comandante - 6 ou 26
Posição Comandada - 24
Quando uma locomotiva com equipamento 26-L é comandada por uma locomotiva com
equipamento 24-RL, a pressão do ar do reservatório principal é levada à conexão (63) da
válvula MU-2A para posicionar a válvula-carretel da válvula seletora F-1.
Nesta posição, o ar que flui da conexão (16) da válvula de controle 26-F passa para a
conexão (4) da válvula seletora F-1, onde é levado à conexão (16) e à válvula-relé da
locomotiva para criar pressão nos cilindros de freio.
A pressão do ar, também entre na conexão (14) da válvula seletora, vinda do
encanamento equilibrante dos cilindros de freio e flui através da válvula-carretel para a
conexão (20).
Estão pressão de ar atua, também, na válvula-relé da locomotiva.
Os freios da locomotiva comandada são atuados, ou por uma aplicação de freio, ou por
uma aplicação de freio independente, iniciada na locomotiva comandante, equipada com
sistema 24-RL.
Figura 2.55 Posição Comandada - 24
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Posição de fracionamento (separação entre locomotivas)
Se ocorrer uma separação entre locomotivas e for perdida pressão no encanamento
equilibrante dos reservatórios principais, o ar será descarregado do orifício (15) da
válvula seletora F-1 e da câmara inferior da válvula-carretel de proteção.
A válvula-carretel é, então, forçada para a sua posição inferior pela tensão da mola.
Em uma locomotiva comandante, a descarga do ar do cilindro de freio para o
encanamento equilibrante (conexão (14)) é interrompida pela válvula-carretel de
proteção.
Em uma locomotiva comandada, quando a válvula seletora F-1 estiver na posição
Comandada – 6 ou 26, a válvula-carretel descarregará o ar da câmara inferior da válvula-
carretel direita, a qual será forçada para a sua posição inferior, como no caso da posição
Comandante para voltar a conectar os orifícios (4 e 16).
A conexão é interrompida na válvula-carretel de proteção, orifício (14) para o orifício (16)
e orifício (20).
Se a válvula seletora F-1 for colocada na posição Comandada - 24, a conexão do orifício
(14) para o orifício (20) é interrompida pela válvula-carretel de proteção.
Em cada caso, a pressão do ar de controle gerada pela válvula de controle 26-F é
transferida para o encanamento de controle da válvula-relé, como no caso de uma
locomotiva comandante.
Figura 2.56 Posição de fracionamento
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2.2.3.3 Controles de segurança do trem
Controle de excesso de velocidade do trem
O controle do excesso de velocidade é feito pela válvula magnética FA-4.
Figura 2.57 Válvula Magnética FA-4 (VMV)
A válvula magnética FA-4 fica normalmente energizada.
Sempre que for excedido o limite de velocidade máxima autorizada do trem, a válvula
magnética FA-4 é desenergizada para descarregar a pressão da câmara da mola da
válvula de aplicação de freio P-2A, que produz uma aplicação de Serviço Total.
Controle de segurança do trem
1) Válvula de pedal
O controle de segurança do trem é exercido por uma válvula de pedal (Pedal do Homem
Morto).
O maquinista deve comprovar a sua vigilância mantendo pressionado continuamente, ou
periodicamente, dependendo do equipamento instalado na locomotiva, um pedal da
válvula, localizado no piso, próximo ao posto de comando, salvo quando houver uma
pressão nos cilindros de freio de aproximadamente 30 psi.
Figura 2.58 Válvula de pedal
Sempre que for retirada a pressão do pé sobre o pedestal, a válvula de pedal opera para
também descarregar a pressão da câmara de mola da válvula de aplicação de freio P2-A.
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Ao ser descarregada a pressão do ar é dissipada através de um sistema de bujões de
orifício e apitos, estes últimos fornecendo um aviso audível durante um período de
tempo regulado, antes que a pressão seja reduzida o suficiente para provocar a operação
da válvula de aplicação de freio.
2) Alertor (Sistema de Controle de Vigilância)
O Alertor proporciona uma operação segura na operação do trem, através do
monitoramento dos vários movimentos do operador, para comprovar a vigilância.
Se nenhuma movimentação esperada for detectada dentro de um tempo pré-estabelecido,
é iniciado um alarme audiovisual solicitando o reconhecimento.
Se isso não for feito durante o tempo pré-estabelecido, o sistema iniciará uma aplicação
de penalidade dos freios, desenergizar a válvula magnética do Alertor.
Isto causará uma aplicação dos freios em ritmo de aplicação de serviço, causando a
parada do trem.
Os movimentos que se espera do operador para comprovar a vigilância são:
Comprimir a botoeira de reconhecimento do Alertor;
Acionar a buzina ou o sino;
Movimentar o manípulo de aceleração ou o manípulo de reversão.
3) ATC (Automatic Train Control)
O controle do ATC é composto de duas válvulas sobrepostas:
Uma válvula promove a descarga da câmara “A” da válvula P-2A,
A outra válvula promove a descarga do reservatório equilibrante durante as
aplicações de penalidades.
Figura 2.59 Válvulas de controle do ATC
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2.2.3.3.1 Válvula de aplicação de freio P2-A
A válvula de aplicação de freio P2-A controla uma aplicação total de serviço quando
iniciada pelos controles de segurança (Homem Morto ou Alertor, Sobre Velocidade e ATC).
Figura 2.60 Válvula de aplicação P2-A
Se o maquinista deixar de comprovar que está vigilante, ou em caso de atuação do
sistema de proteção contra excesso de velocidade da locomotiva, a válvula de aplicação
de freio P2-A, primeiro dá um aviso sonoro através de um apito, se mesmo assim o
maquinista não corrigir a falha que causou o aviso, a válvula de aplicação P2-A provoca o
seguinte:
Interrompe o abastecimento do encanamento de carregamento do reservatório
equilibrante, isolando o manipulador de freio automático;
Começa a descarregar o ar do reservatório equilibrante para a atmosfera, causando
uma Aplicação de Penalidade, equivalente em ritmo e pressão a uma Aplicação de
Serviço Total;
Corta a Tração através de um sinal de ar comprimido na Chave de Corte de Tração –
PCS (Power Cut-off Switch).
Mantém os freios bloqueados na posição de Aplicação.
Os freios somente serão aliviados se o punho do manipulador de freio automático for
movimentado para a posição de Supressão e deixado nessa posição por algum tempo e
logo após retornar para a posição de Alívio ou Marcha.
O punho na posição de Supressão anula o controle de segurança, mas provoca uma
aplicação total dos freios.
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Esta válvula proporciona ainda as seguintes funções:
Supressão da aplicação iniciada pelo controle de vigilância (homem morto).
Intertravamento de segurança durante a aplicação por penalidade que impede o
recarregamento do reservatório equilibrante de qualquer fonte ate que a válvula de
aplicação seja reposicionada e o punho do manipulador automático tenha voltado à
posição de Alívio (tendo antes sido colocado em uma das seguintes posições:
Supressão, Punho Fora ou Emergência).
Permite uma sobre redução, quando desejado, durante uma aplicação por
penalidade.
Observação
Nas locomotivas comandadas, o punho do manipulador de freio automático fica na
posição de Punho Fora, deixando o sistema em Supressão permanente, isto é, o sistema
fica anulado nessas locomotivas.
Se a pressão no cilindro de freio da locomotiva estiver entre 25 e 30 psi o sistema
também estará em supressão.
É montada no suporte dos encanamentos, no qual são feitas as conexões dos
encanamentos, identificados como mostra o diagrama esquemático da Figura 2.61.
3 – Válvula Pedal 24 – Reservatório Limitador de Redução
5 – Reservatório Equilibrante 25 – Corte de Tração
8 – Encanamento de Travamento 26 – Encanamento de Supressão
10 – Encanamento do Controle de Segurança 30 – Encanamento do Reservatório Principal
15 – Carregamento do Reservatório Equilibrante (Manipulador) 33 – Encanamento Comutador
Figura 2.61 Diagrama da válvula de aplicação de freio P2-A
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A válvula de aplicação de freio P2-A consiste de:
Válvula de aplicação, constituída de uma válvula-carretel controlada por diafragma.
Válvula de retenção de sobre redução.
Válvula de controle de alívio.
Válvula de supressão.
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2.2.3.3.1.1 Funcionamento da válvula de aplicação de freio P2-A
Estando o equipamento da locomotiva carregado e operando normalmente, o ar do
reservatório principal entra no orifício (30) do suporte, passa para o lado inferior do
diafragma e atravessa o orifício (10a) para a câmara da mola na parte superior do
diafragma, fluindo também, para o orifício (10), volume do reservatório de tempo e
válvula magnética de controle de sobre velocidade, que está em sua posição fechada
(energizada).
O ar do reservatório principal vindo do orifício (10), passa pela extremidade inferior da
válvula de supressão para o orifício (3) e para a válvula pedal, que é mantida fechada
sobre o pedal.
Estando a câmara carregada com a pressão do reservatório principal, em ambos os lados
do diafragma, a mola do diafragma posicionará o diafragma e a válvula-carretel a ele
fixada na sua posição normal ou de alívio.
Nesta posição, a válvula-carretel estabelece as seguintes conexões:
O reservatório limitador de redução (se usado) é esgotado para a atmosfera via
orifício (24) e a chave de corte de potência (PCS) é descarregada via orifício (25).
O orifício (5) do reservatório equilibrante é ligado à válvula de controle de alívio
para permitir o carregamento do reservatório equilibrante e a válvula-relé do
manipulador, pelo orifício (15) de carregamento do reservatório equilibrante.
Estando o manipulador de freio automático na posição alívio, o orifício (33) e a câmara
superior da válvula de controle de alívio são carregados com ar à pressão do reservatório
principal.
As câmaras que ficam por baixo da válvula de controle de alívio e da válvula-carretel de
aplicação são descarregadas através do orifício (8) pela válvula de supressão do
manipulador.
A válvula de controle de alívio é mantida em sua posição inferior para ligar o orifício (5)
ao orifício (15).
Durante uma aplicação de freio de penalidade, que pode ser iniciada pelo
descarregamento do encanamento (3), através da válvula pedal ou descarregamento do
encanamento (10), através da válvula magnética de sobre velocidade, a pressão do ar é
descarregada da câmara da mola, do diafragma, mais rapidamente do que pode ser
restabelecida através do orifício (10a).
Consequentemente, cria-se um diferencial de pressão no diafragma, suficiente para que a
válvula-carretel assuma a posição de Aplicação.
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Figura 2.62 Posição de aplicação
Nesta posição, a válvula-carretel estabelece as seguintes conexões:
O ar do reservatório principal no orifício (30) e na câmara inferior do diafragma é
levado ao orifício (25) e chave de corte de potência (PCS) e chave de corte de freio
dinâmico (DBI - Dynamic Brake Interlock), que interrompe o circuito de freio dinâmico,
caso este esteja em funcionamento.
O ar do reservatório principal, que normalmente passa através do orifício (10a), é
levado ao orifício (8).
Portanto, a câmara da mola do diafragma, assim como o volume do reservatório de
tempo, que é ligado ao orifício (10), fica ligada ao orifício (8).
O orifício (8) é ligado ao encanamento de travamento (8) do manipulador.
Este encanamento é normalmente descarregado no manipulador pela válvula-
carretel da válvula de supressão, quando o punho do manipulador automático está
na posição Alívio.
O carregamento do reservatório equilibrante (orifício (15)) é interrompido.
O ar do reservatório equilibrante, no orifício (5), é ligado através da válvula-carretel
ao orifício (24a), através de um orifício calibrado e, através do orifício (24) para o
reservatório limitador de redução (se usado) ou para a atmosfera.
O ar do reservatório equilibrante flui em ritmo controlado para o reservatório
limitador de redução (ou para a atmosfera) de modo a produzir uma redução de
Serviço Total na pressão do reservatório equilibrante.
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Uma aplicação de freio pelo controle de segurança pode ser suprimida movendo-se o
punho do manipulador automático para a posição Supressão antes do término do período
de retardamento de tempo predeterminado, enquanto durar o apito de aviso.
Estando o punho do manipulador na posição de Supressão, a válvula-carretel da válvula
de supressão do manipulador é posicionada para fechar o descarregamento do
encanamento de travamento (8) e, assim, impedir o descarregamento do ar da câmara da
mola, através deste cano.
O ar do reservatório principal, fornecido pela válvula de supressão, passa pelo orifício
(26) e encanamento de ligação para a válvula de aplicação de freio P-2-A, fluindo através
do orifício (26), para a face do pistão da válvula de supressão, forçando o pistão a descer
e fazendo a válvula-carretel interromper a conexão entre os orifícios (3 e 10).
A câmara da mola, do diafragma é isolada do orifício (3) e da válvula pedal.
O ar do reservatório principal flui continuadamente através do orifício (10a) e seu bujão
para a câmara da mola, do diafragma, mantendo o diafragma e a válvula-carretel na
posição Alívio.
Figura 2.63 Posição de alívio
Em outras palavras, o controle de segurança não provoca o funcionamento da válvula de
aplicação sempre que o punho do manipulador automático estiver na posição de
Supressão.
Em algumas versões do equipamento 26-L, uma aplicação de freio de sobre velocidade
somente pode ser suprimida reduzindo-se a velocidade da locomotiva a um valor abaixo
do limite máximo autorizado, antes do termino do período de tempo predeterminado,
após o inicio do apito de aviso.
Tal ação evita a descarga do encanamento (10), através do dispositivo de descarga de
sobre velocidade (válvula magnética).
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Para restabelecer e aliviar uma aplicação de freio causada pelo controle de sobre
velocidade, ou pelo controle de segurança, o maquinista deve primeiramente mover o
punho do manipulador automático para a posição de Supressão.
Isto causa o fechamento do encanamento (8) que é descarregado no manipulador.
A câmara da mola da válvula de aplicação de freio será, então, recarregada através do
orifício (10a) até a pressão do reservatório principal.
Logo que a pressão desta câmara atingir um valor determinado, o conjunto do diafragma
e sua válvula-carretel voltam à posição normal ou de Alívio.
Estando o punho do manipulador na posição Supressão, o orifício (33) e a câmara que
fica acima da válvula de controle de alívio, são descarregados através do manipulador.
Estando fechada a descarga do encanamento (8), o ar do reservatório principal que está
fluindo para o orifício (10) passa a fluir através da válvula-carretel da válvula de aplicação
para a câmara inferior da válvula de controle de alívio.
A válvula de controle de alívio é atuada para interromper o carregamento do orifício (5
para 15).
Depois que a válvula de aplicação é restabelecida, é necessário mover o punho do
manipulador automático para a posição Alívio, par restabelecer a válvula de controle de
alívio e só assim é possível restabelecer o recarregamento do reservatório equilibrante e
aliviar os freios.
Se o maquinista quiser, poderá fazer uma sobre redução, depois de uma aplicação de
freio de penalidade.
A válvula de sobre redução, existente na válvula de aplicação de freio P2-A, será aberta
para permitir que o ar do reservatório equilibrante passe do orifício (5) para o orifício (15)
e para o manipulador.
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2.2.3.4 Dispositivo de proteção contra fracionamento de trem – quebra de trem
O dispositivo de proteção contra a separação entre veículos da composição
(fracionamento de trem) utiliza uma válvula interruptora de carregamento A-1.
Figura 2.64 Válvula interruptora de carregamento A-1
Sempre que ocorrer uma aplicação de emergência originada pelo manipulador automático
ou por fracionamento do trem, a válvula interruptora de carregamento A-1 realiza as
seguintes funções:
Interrompe o carregamento do encanamento geral, acelerando a aplicação de
Emergência, poupando o compressor e economizando ar do reservatório principal;
Opera a chave de corte de tração e do freio dinâmico, reduzindo a rotação do Motor
Diesel para a condição de Marcha Lenta (Idlle);
Faz funcionar automaticamente os areeiros durante 30 a 40 segundos.
É montada em um suporte de encanamentos, no qual são feitas todas as conexões dos
encanamentos, identificados como mostra o diagrama esquemático da Figura 2.65.
1 – Encanamento geral 30 - Reservatório principal
9 – Areeiro automático 35 – Corte de tração e anulação do freio dinâmico
11 - Volume 53 – Encanamento interruptor do encanamento geral
12 – Encanamento de emergência (reestabelecimento)
Figura 2.65 Diagrama da válvula piloto interruptora de carregamento A-1
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2.2.3.4.1 Funcionamento da válvula interruptora de carregamento A-1
Durante a operação normal, a válvula interruptora de carregamento A-1 permanece na
posição normal de alívio e o ar do reservatório principal fica presente na câmara (A) por
baixo do pistão interruptor, de modo a mantê-lo em sua posição superior, como
mostrado na Figura 2.66.
Figura 2.66 Locomotiva comandante ou comandada - alívio normal
A câmara (B), que fica por baixo da válvula-carretel do pistão interruptor, está ligada à
exaustão, através do orifício (53) e à exaustão da válvula interruptora do manipulador 26-
C nas unidades comandantes.
Nas unidades comandadas, onde a válvula interruptora do manipulador está em sua
posição Fechado (OUT), esta câmara é carregada com ar do reservatório principal.
A câmara (C) que fica acima do pistão interruptor e orifício 9 é ligada à exaustão através
da válvula-carretel do pistão atuante e do orifício de tempo do areeiro automático geral.
O ar do encanamento geral passa pelo orifício (1) para a câmara (D), na parte traseira do
pistão atuante, e segue através do orifício, existente no pistão, para a câmara (E) na face
externa do pistão e através do orifício (11) para carregar o reservatório de volume de 90
pol3
e para ambos os lados do pistão atuante, à mesma pressão do encanamento geral.
Este pistão é mantido em sua posição inferior pela mola, conforme mostrado.
Figura 2.67 Locomotiva comandante - emergência por fracionamento
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O orifício (35) que é vedado no suporte dos encanamentos é descarregado através do
pistão interruptor.
Se ocorrer uma separação entre veículos do trem, a pressão do ar do encanamento geral
cairá mais depressa na câmara (D) do que na câmara (E), via bujão de orifício.
O resultante diferencial de pressão no pistão atuante fará com que o mesmo e sua
válvula-carretel sejam deslocados para cima, contra a tensão da mola, como mostrado na
Figura 2.67.
Nesta posição, o ar do reservatório principal flui através da válvula-carretel do pistão
atuante para a câmara (C) da face externa do pistão interruptor e para o orifício (9).
Estando normalmente esgotada a câmara (B), que fica em baixo da válvula-carretel do
pistão interruptor, o ar do reservatório principal na câmara (C), na face externa do pistão
interruptor, fará com que o pistão, com válvula-carretel, vá para sua posição inferior onde
a câmara (A), por baixo do pistão interruptor, é descarregada.
Nesta posição, o ar do reservatório principal flui através da válvula-carretel do pistão
interruptor para o orifício (35) e, passando à válvula de retenção interruptora que se
encontra aberta, passa para o orifício (53) e para a válvula interruptora do encanamento
geral, existente no manipulador 26-C.
A pressão do ar do reservatório de volume de 90 pol3
ligado ao orifício (11), e da câmara
(E), que fica na parte inferior da câmara atuante, continuará a cair até zero, através do
bujão de orifício do pistão e através do orifício (1) escapando pelo encanamento geral.
Quando esta pressão tiver caído para um valor predeterminado, a tensão da mola
deslocará o pistão atuante e sua válvula-carretel para a posição inferior, conforme mostra
a Figura 2.68.
Figura 2.68 Posição do pistão atuante depois que o reservatório de volume tiver sido
descarregado
A pressão do ar na chave de corte de tração será, em seguida, descarregada através do
orifício de tempo do areeiro automático, através do orifício (9) e da válvula-carretel do
pistão atuante.
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Da mesma forma, a pressão do ar é descarregada da câmara (C) na face externa do pistão
interruptor.
Para restabelecer o sistema, o maquinista deve mover o manipulador de freio automático
para a posição Emergência.
O ar do reservatório principal é levado ao orifício (12), saindo do manipulador, e passa
pela válvula de retenção seletora, para a câmara (B) e a parte inferior do pistão
interruptor, obrigando o pistão interruptor com sua válvula-carretel assumir a posição
normal de alivio.
O ar do encanamento (53), fluindo do orifício (12), não pode ser descarregado através da
válvula piloto interruptora do manipulador.
O punho do manipulador deve ser movido, para a posição Alívio, para que a pressão do
ar do encanamento (53) possa ser descarregada e os freios aliviados.
Em uma unidade comandada, o ar do reservatório principal presente no orifício (53)
através da válvula piloto interruptora do manipulador, que se encontra na posição OUT e
a câmara (B), sob a válvula-carretel do pistão interruptor, é carregada á pressão do
reservatório principal.
Estando ambas as câmaras (A e B) carregadas à pressão do reservatório principal, a
presença dessa pressão na câmara (C), fornecida através da válvula-carretel do pistão
atuante, fica impedida de mover o pistão interruptor para dentro, conforme descrito no
caso de fracionamento em uma unidade comandante em uma unidade comandante.
A chave PC é atuada pelo ar do reservatório principal, fornecido ao orifício (9).
Durante uma aplicação intencional do freio de emergência em uma unidade comandante,
a câmara (B) sob a válvula-carretel do pistão interruptor é carregada à pressão do
reservatório principal, via orifício (12) e encanamento (12), pelo manipulador automático.
Desta maneira, estando todas as câmaras (A, B e C) carregadas com pressão do
reservatório principal, a válvula-carretel e o pistão interruptor permanecem em sua
posição superior mostrada na Figura 2.69.
Figura 2.69 Locomotiva comandante - emergência intencional e Locomotiva comandada -
qualquer emergência
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A chave PC é atuada pelo ar do reservatório principal que flui pelo orifício (9).
Quando for desejado aliviar os freios, o punho do manipulador deve ser movido para a
posição Alívio.
Haverá um retardamento determinado pelo tempo necessário para esgotar o
encanamento (53), através da válvula piloto interruptora, do manipulador, antes que seja
aberta a válvula interruptora do encanamento geral, para permitir o recarregamento do
sistema e o alívio dos freios.
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2.2.3.5 Dispositivo de intertravamento do freio dinâmico
O dispositivo de intertravamento do freio dinâmico funciona durante a frenagem
dinâmica para aliviar ou evitar uma aplicação do freio automático de serviço da
locomotiva.
Consiste de uma válvula magnética FB-4 (OSV), instalada no encanamento do reservatório
principal para o orifício (13) do encanamento atuante para a válvula de controle 26-F,
constituída por duas válvulas de retenção opostas, uma bobina e uma armadura.
Sua bobina fica ligada ao circuito elétrico do freio dinâmico.
Quando do início da frenagem dinâmica, o circuito de frenagem dinâmica energiza a
bobina da válvula magnética.
A armadura da bobina abre a válvula para permitir que o ar do reservatório principal flua
para a parte de alívio rápido da válvula de controle 26-F, via encanamento atuante.
Isto provoca o alívio do freio automático ou impede a aplicação do freio automático da
locomotiva enquanto estiver atuando o freio dinâmico.
Durante uma aplicação de freio dinâmico, o manipulador do freio independente pode ser
operado pelo maquinista.
O sistema inclui um pressostato de ação pneumática para desenergizar a válvula
magnética de freio durante as aplicações de emergência, controle de segurança e
controle de sobre velocidade, de modo a anular o freio dinâmico.
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2.2.3.6 Equipamento de controle de patinação de rodas
O equipamento de controle de patinação de rodas funciona automaticamente em
resposta à operação de um sistema detector de perda de aderência ou, então, pode ser
operado manualmente sempre que desejado.
Ele consiste de uma válvula magnética e uma válvula limitadora ajustável, que fornece
pressão do ar do encanamento de controle à válvula-relé J-1.
Em seguida, é gerada uma pressão predeterminada nos cilindros de freio, com uma
rapidez suficiente para a finalidade de fazer a roda que patinou retornar à velocidade
normal.
É empregada uma válvula-relé no sistema, para limitar a aplicação de freio de correção de
patinação de rodas apenas à locomotiva onde ocorreu a patinação.
As aplicações de freio automático e independente permanecem disponíveis
independentemente da aplicação do freio de patinação, que são de baixa pressão.
Isto é conseguido pelo uso de uma válvula de retenção dupla, instalada no encanamento
de controle para a válvula-relé, a fim de isolar as funções do freio normal das funções do
freio de controle de patinação.
Uma torneira de 3/8”, provida de respiro lateral, é instalada na alimentação do
reservatório principal para a válvula magnética, proporcionado um meio de interromper a
operação pneumática do equipamento de controle de patinação.
Figura 2.70 Torneira interruptora de 3/8”
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2.2.3.6.1 Funcionamento do equipamento de controle de patinação de rodas
Uma operação intencional ou automática do equipamento de controle de patinação
energizará as bobinas das válvulas magnéticas, permitindo que o ar do reservatório
principal flua para as válvulas limitadoras de pressão ao encanamento de controle da
válvula-relé.
O ar entregue pela válvula limitadora ajustável flui também para a conexão (10) da
válvula-relé H5, para evitar pressão nos cilindros de freio das outras locomotivas, através
do encanamento equilibrante dos cilindros de freio.
A válvula limitadora ajustável é o dispositivo que recebe ar do reservatório principal,
através da válvula magnética, e transmite um nível baixo de pressão predeterminado ao
encanamento de controle da válvula-relé J-1.
Figura 2.71 Válvula limitadora ajustável
Ela é essencialmente uma válvula redutora (do tipo de alívio) consistindo de uma válvula
alimentadora do tipo esférico, normalmente mantida aberta por um diafragma
pressionado por mola, cuja força é transmitida através de uma válvula de exaustão do
tipo de pino-impulsão.
A válvula de exaustão estabelece normalmente um contato de vedação na válvula
alimentadora.
Ela funciona para descarregar uma sobrecarga da pressão do ar que por ela passa e para
a caixa de mola, que fica permanentemente ligada à atmosfera.
Durante uma operação de controle de patinação, o ar do reservatório principal entra na
conexão lateral marcada IN, passa para a câmara (A), passa pela válvula alimentadora
desassentada para a câmara (C) e sai pela descarga para o encanamento de controle da
válvula-relé.
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Na medida em que a pressão do ar aumenta na câmara (C), ela cresce igualmente na
câmara (B) a um ritmo predeterminado, através de um orifício calibrado, adequado ao
volume da câmara (B), a fim de controlar a taxa de aumento de pressão no encanamento
de controle da válvula-relé.
Logo que a pressão do ar sob o diafragma equilibra a pressão da mola, o diafragma é
deslocado para cima, permitindo à mola da válvula alimentadora assentar a válvula
alimentadora para cessar a descarga do ar do reservatório principal pela válvula
magnética para a válvula-relé.
O contato de assentamento é mantido entre a válvula alimentadora e a válvula de
exaustão.
Caso as forças da pressão do ar nas câmaras (B e C) excedam a carga da mola do
diafragma, o conjunto do diafragma e a válvula de exaustão serão movidos para cima,
tirando a válvula de exaustão do assentamento juntamente com a válvula alimentadora.
O excesso de pressão é então descarregado pela válvula de exaustão.
Depois que o diafragma ficar equilibrado, a válvula de exaustão será novamente movida
para assentar a válvula alimentadora.
Quando a pressão do ar é descarregada da câmara (A), da válvula limitadora ajustável, no
caso da desenergização da bobina da válvula magnética no final de uma aplicação de
controle de patinação, a pressão mais alta na câmara (C) atuando sobre a válvula
alimentadora, no anel que fica entre a válvula de exaustão e a sede da válvula
alimentadora, fará esta última válvula se afastar do seu assento, contra a tensão da mola
da válvula alimentadora.
A pressão do ar no encanamento de controle da válvula-relé e na câmara (C) pode, então,
ser descarregada através da câmara (A) e da exaustão da válvula magnética.
A pressão da câmara (B) sob o diafragma também descarregará, equilibrando com a
câmara (B) através do orifício que fica sob o diafragma.
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2.2.3.7 Dispositivo de locomotiva morta
O dispositivo de locomotiva morta permite que uma locomotiva seja rebocada inativa,
isto é, seja rebocada morta no meio de uma composição, fazendo com que seu sistema
de freios opere como o de um vagão.
Estando apenas o encanamento geral ligado, a única forma da locomotiva Morta receber
ar comprimido é através do encanamento geral.
Este dispositivo normalmente é composto de:
Torneira de isolamento.
Válvula de retenção.
Figura 2.72 Dispositivo de locomotiva morta
Antes de abrir a torneira de isolamento do dispositivo é necessário certificar-se de que o
reservatório principal esteja sem pressão.
Como válvula de retenção, é comum o uso da válvula C-1-40-8, que é composta de:
Válvula de retenção simples de 3/8” com filtro.
Mola de restrição regulada para manter o diferencial de pressão entre 40 a 45 psi;
Orifício de controle do fluxo de ar com 1/8” de diâmetro.
Figura 2.73 Válvula C-1-40-8
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Sendo o encanamento geral carregado com 90 psi, a válvula deixa passar a pressão do
encanamento geral menos a pressão da mola, isto é, o reservatório principal nº 2 da
locomotiva é carregado com uma pressão de 90 – 40 = 50 psi, que é a pressão
normalmente usada no cilindro de freio de um vagão numa aplicação de serviço, e menor
do que numa aplicação de emergência (60 psi)
Isso serve para proteger as rodas das locomotivas, evitando arrastamento e problemas
térmicos com as rodas.
Todavia, o uso de sapatas fenólicas e de pressões maiores no encanamento geral da
locomotiva Morta, tem colocado esta válvula em fase de obsolescência.
A tendência moderna é para o uso de uma válvula redutora de pressão, que é
normalmente calibrada com 12 a 20 psi.
A prática determina que uma locomotiva Morta deva trafegar junto das locomotivas Vivas
e ter todos os seus encanamentos de ar interligados, e condicionar o seu sistema de
freios como se fosse o de uma locomotiva comandada.
Esta prática é altamente recomendável por várias razões:
O operador mantém a locomotiva Morta em constante observação.
Os freios automático e independente são controlados pela locomotiva comandante,
atuando em conjunto com ela;
Sempre que o freio dinâmico for operado, o freio desta locomotiva também é
aliviado, evitando o arrastamento de rodas;
Como a taxa de retardamento de uma locomotiva pode ser aproximadamente 03
vezes maior que a dos vagões, o maquinista tem meios de evitar que suas rodas
sejam sobrecarregadas pelo freio;
Reservatório Principal nº 1 é abastecido pelo encanamento equilibrante do
reservatório principal, aumentando a capacidade do conjunto.
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2.2.4 Aplicação
O atuador final do sistema de freio pneumático da locomotiva, que funcionalmente
realiza a frenagem dos rodeiros e reduz sua velocidade, é um dispositivo mecânico
constituído dos seguintes componentes:
Cilindro de freios;
Conjunto de alavancas, denominado de timoneria;
Contra sapatas;
Sapatas;
Ajustador de folga.
Figura 2.74 Atuador final do sistema de freio pneumático da locomotiva
Esses componentes são todos montados diretamente na estrutura do truque da
locomotiva.
Figura 2.75 Montagem do atuador final do sistema de freio no truque
Em funcionamento com os demais componentes do truque contribuem para a segurança
e desempenho da locomotiva.
Cilindro
de freio
Sapata
Alavanca
Ajustador
de folga
Contra sapata
Cilindro
de freio
Ajustador
de folga
Contra sapata
Sapata
Alavanca
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2.2.4.1 Cilindro de Freio
O cilindro de freio é o componente responsável por produzir uma força mecânica na
timoneria de freio, que faz com que as sapatas de freio sejam aplicadas na superfície das
rodas, em resposta a um comando de pressão oriundo do reservatório auxiliar através da
válvula de controle.
Figura 2.76 Cilindro de freio
É composto por um cilindro de metal fundido com um pistão conectado a uma haste de
acionamento ligada as alavancas da timoneria de freio.
Figura 2.77 Componentes do cilindro de freio
A haste de acionamento se movimenta dentro de uma haste oca que facilita sua inserção.
Figura 2.78 Diagrama esquemático de um cilindro de freio
Quando ocorre a aplicação de freio, há um aumento da pressão interna no cilindro que
empurra o pistão e faz avançar a haste de acionamento, produzindo uma força mecânica
na timoneria de freio.
Tampa
Pistão
Haste de
acionamento
Mola de alívio
Carcaça
Haste oca
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Quanto maior a pressão interna, maior será o esforço de frenagem.
Quando os freios são aliviados, o ar comprimido interno ao cilindro é direcionado para a
atmosfera e a mola de retorno move o pistão de volta, liberando as sapatas de freio.
O curso do pistão do cilindro de freio deve propiciar folga entre as sapatas de freio e as
rodas quando os freios estiverem aliviados e manter a pressão de regulagem das sapatas
contra as rodas quando os freios estiverem aplicados.
Os cursos dos cilindros de freio são calculados.
Deve-se usar, no máximo, ¾ do seu valor de deslocamento máximo.
Os tipos de cilindros de freio utilizados em locomotivas estão especificados na Tabela
2.7.
Tabela 2.7 Tipos de cilindro de freio de locomotivas
Cilindro de freio Identificação do
cilindro de freio
Área
[cm2
]
Curso do pistão
Carregado Vazio
10” x 12”
10” de diâmetro
12” de curso máximo
do pistão
506,4 8” 6 ¾” a 7 ½”
8” x 8”
8” de diâmetro
8” de curso máximo
do pistão
324,5 4” 4”
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2.2.4.1.1 Criação de pressão no cilindro de freio da locomotiva
Existem várias fórmulas para se calcular a pressão do ar comprimido no cilindro de freio
da lcomotiva mas, para facilidade de compreeensão, vamos utilizar a fórmula prática
utilizada pelas ferrovias norte-americans, que é a seguinte:
Redução de pressão no encanamento geral
Desse modo, uma redução de 10 psi no encanamento geral representa 25 psi no cilindro
de freio.
Uma redução de 20 psi representa 50 psi e assim por diante.
A válvula de controle é preparada de forma a estabelecer entre 62 a 65 psi de pressão
máxima nos cilindros de freio da locomotiva em aplicação máxima de serviço.
Quando se utiliza o manipulador de freio independente a válvula-relé se incumbe de
repetir nos cilindros de freio das locomotivas a pressão enviada até ela pelo manipulador
independente.
A pressão máxima no cilindro de freio é regulada, no próprio manipulador independente,
para aproximadamente 45 a 50 psi.
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2.2.4.2 Ajustador de folga
O ajustador de folga do freio é um dispositivo que pode ser montado entre as alavancas
da timoneria de freio, ou como tirante de freio, que tem por finalidade básica manter
constante o curso do cilindro de freio, independente dos desgastes normais causados
pelo atrito durante o processo de frenagem dos veículos ferroviários, que provocam um
aumento do distanciamento entre as sapatas e as rodas.
Ao encolherem os ajustadores de folga mantém o curso do cilindro e puxam as alavancas
da timoneria de ambos os lados do sistema.
O ajustador de folga se apresenta em duas formas:
Ajustador manual
O ajustador manual de folga do freio é um dispositivo constituído de barras com rosca,
ou furações equidistantes, ajustadas manualmente.
Figura 2.79 Ajustador manual de folga
Ajustador automático
O ajustador automático de folga do freio possui um sistema de catraca que atua de forma
automática sempre que o freio é aplicado.
Figura 2.80 Ajustador de automático de folga
Ajustador
automático
de folga
Ajustador
manual
de folga
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2.2.4.3 Sapatas de freio
A sapata de freio é o componente do sistema de freio que transmite diretamente a força
de frenagem para as rodas, produzindo o retardamento ou parada das locomotivas e
vagões.
As principais características de uma boa sapata de freio são:
Coeficiente de atrito adequado sob as várias condições de trabalho, tais como
velocidade, temperatura e umidade;
Durabilidade;
Não causar agressão excessiva às rodas;
Não produzir ruídos excessivos;
Não gerar odores ofensivos;
Não conter compostos nocivos à saúde.
Há dois tipos de sapatas de freio:
Ferro fundido
Figura 2.81 Sapata de ferro fundido
Entre as desvantagens das sapatas de freio de ferro fundido estão incluídos o
faiscamento e o desgaste desigual das rodas.
De composição não metálica
As sapatas de composição não metálica, são assim chamadas por apresentarem em sua
composição uma matriz polimérica composta de borrachas e resinas com cargas inertes,
modificadores de atrito e fibras.
Sapata
Contra sapata
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Figura 2.82 Sapata de composição não metálica
As sapatas de composição foram desenvolvidas em 1997 como uma alternativa
econômica para substituir as sapatas de ferro fundido.
Mas, devido a sua maior capacidade de frenagem, não são diretamente intercambiáveis
com as sapatas de ferro fundido.
Observação
A Circular C-9736 adiciona ao AAR Field Manual Rule 12 estabelece que:
A aplicação de sapatas de freio de ferro fundido fica proibida a partir de 01/01/05.
Os componentes de uma sapata de composição estão mostrados na Figura 2.83.
Material de atrito Parte não metálica que atua sobre a superfície de rolamento da roda,
e pode ser fornecida com coeficiente de atrito: baixo, médio e alto.
Patim Reforço metálico sobre o qual é assentado o material de atrito.
Caixilho Parte da sapata na qual atua a chaveta de fixação da sapata na contra
sapata
Trava Parte saliente do patim que serve como batente para encaixe na
contra sapata
Figura 2.83 Componentes da sapata de freio de composição não metálica
Contra sapata
Sapata
Trava
Caixilho
Patim
Material
de atrito
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Atualmente são as mais utilizadas por oferecerem várias vantagens, como, por exemplo:
Alto coeficiente de atrito, exigindo menor esforço de frenagem;
As sapatas de composição com alto coeficiente de atrito necessitam uma força de
frenagem duas vezes menor que as sapatas de ferro fundido, para retardar ou parar
as locomotivas e os vagões.
Menor esforço requerido no sentido axial;
Curva atrito-velocidade paralela à curva de aderência, diminuindo os riscos de
deslizamento;
Insensível às condições atmosféricas: frio, calor, água;
Supressão da poeira metálica;
A causa de inúmeros defeitos dos rotativos elétricos e dos equipamentos de
controle da locomotiva pode ser a poeira metálica, que devido à aspiração de ar de
ventilação e ao campo magnético é atraída para o interior deles.
Menor resistência à tração – menor ruído;
As sapatas de composição dão à superfície das rodas fino polimento, que reduz
sensivelmente o ruído e a resistência de rolamento, aumenta a aderência ao trilho e
reduz consideravelmente o esforço de tração.
Melhor ajuste à curvatura da roda;
Devido ao melhor ajuste à curvatura da roda faz com que as sapatas de composição
desgastem as rodas de maneira tal que a conicidade da superfície de rolamento e o
formato do friso sejam preservados durante quase toda a vida da roda, ficando
assim reduzida uma das maiores causas de rejeição de rodas nas ferrovias – frisos
finos – causa responsável por cerca de 50% das rejeições de rodas.
Maior vida útil;
Os fatos acima resultam em menor custo de manutenção e de operação devido a:
Menor consumo de sapatas;
Menos mão de obra e paralisação de veículos para substituição de sapatas e
ajustamento da timoneria;
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Menos consumo de rodas e de mão de obra e paralisação de veículos para
retorneamento e substituição, fatos estes de essencial importância nas locomotivas
elétricas, diesel-elétricas e nos carros elétricos onde a substituição de rodas exige a
desmontagem dos motores, rolamentos, etc.;
Timoneria mais econômica e menos sujeita a avarias devido aos menores esforços
envolvidos;
Menos avarias nos motores elétricos de tração e equipamentos de controle;
Economia de tração e melhor aproveitamento das locomotivas.
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2.2.4.4 Freio manual da locomotiva
A Air Brake Association (ABA) define o freio manual da locomotiva como um dispositivo
instalado na locomotiva que possibilita a aplicação dos freios da locomotiva
manualmente.
Na realidade, o freio manual é um freio de estacionamento, isto é, deve ser aplicado
somente quando a locomotiva ficar estacionada (parada) por tempo determinado.
É um dispositivo mecânico individual composto de um volante ou alavanca, e catraca, que
aciona uma corrente ligada a haste de apenas um dos cilindros de freio, que opera duas
sapatas de freio de um mesmo truque da locomotiva.
Figura 2.84 Freio manual da locomotiva
Durante a aplicação do freio manual, o movimento da corrente aciona um dispositivo que
aplica os freios.
Um mecanismo de desengate com contrapeso libera a tensão no freio.
Figura 2.85 Corrente diretamente ligada a haste do cilindro de freio
Proporciona uma força igual ou maior que o freio de serviço a ar.
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2.3 Equipamentos dos vagões
A Figura 2.1 mostra a configuração do Equipamento de Freio 26-L num vagão, dando
destaque a alguns de seus principais componentes.
1- Encanamento geral 2- Torneira angular 3- Mangueira de freio
4- Válvula de controle 5- Reservatório combinado 6- Cilindro de freio
7- Ajustador de folga 8- Sapata de freio 9- Timoneria de freio
10- Volante do freio manual 11- Tê de ramal 12- Coletor de pó
13- Excêntrico 14- Retentor 15- Timoneria da caixa
16- Triângulo de freio 17- Alavanca morta 18- Alavanca viva
19- Barra de compressão
Figura 2.86 Localização dos componentes de freio a ar no vagão
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O sistema de freio dos vagões é composto das seguintes unidades:
Distribuição
Controle
Aplicação
Controle
Distribuição
Aplicação Cilindro de freio
Reservatório
equilibrante
Dispositivo
vazio / carregado
Mangueira
Torneira
angular
Mangueira
Torneira
angular
Tê de ramal
Válvula de
descarga
Retentor de
controle de
alívio
Reservatório
combinadoVálvula de
controle
Coletor de pó
com torneira
interruptora
Figura 2.87 Sistema de freio dos vagões
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2.3.1 Distribuição
A distribuição do ar comprimido nos vagões é realizado pelo encanamento geral.
Normalmente o encanamento geral é feito de tubo extra pesado (Schedule 80)
especificação ASTM-A-53 grau A, raios mínimos segundo folha E-7 da AAR.
É pintado externamente e fosfatizado internamente para evitar a oxidação.
Não deve possuir conexões soldadas, e para isso todas as ligações e conexões devem
possuir juntas do tipo WABCOSEAL, que utilizam o princípio de flange, sendo este fixado
ao dispositivo por parafusos e vedado contra vazamento por um anel de borracha.
Figura 2.88 Ligações e conexões WABCOSEAL
O encanamento geral possui uma derivação, denominada de Tê de Ramal, usada para
ligar o cano-ramal da válvula de controle ao encanamento geral, a fim de alimentar a
válvula de controle.
Figura 2.89 Tê de ramal
O interior do Tê de Ramal é construído de tal forma que a passagem que leva ao cano-
ramal sai da parte superior do encanamento geral obrigando o ar deste encanamento a
subir quando passa ao cano-ramal, enquanto que a umidade e as partículas de pó mais
pesadas continuam pelo encanamento geral.
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2.3.1.1 Torneiras extremas
Torneira angular
Em cada uma das extremidades do encanamento geral dos vagões, é instalada uma
torneira angular, que permite abrir ou fechar fluxo de ar quando do acoplamento com
outros veículos, locomotivas e vagões.
Figura 2.90 Torneira angular de punho auto travante
Tabela 2.8 Condição da torneira angular
Condição da torneira angular Posição do manípulo
Aberta Alinhado com a tubulação
Fechada Forma um ângulo reto com a tubulação
Para movimentar o punho é necessário levantá-lo primeiro, por este ser auto travante,
ficando assim, assegurada a impossibilidade da torneira abrir ou fechar acidentalmente.
Torneira reta
As torneiras retas são instaladas uma em cada extremidade dos vagões de carga tipo
GDT, que possuem descarregamento em Car-Dumper e operam com mangueira de 34”.
Podem ser fornecidas com punho auto travante ou punho removível.
Punho auto travante Punho removível
Figura 2.91 Torneira reta
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Observação
A torneira do encanamento geral não deve ser aberta e fechada com o intuito de
verificar a pressão do ar ou na tentativa de realizar maior aperto nos freios na
composição.
Se a torneira do encanamento geral for aberta não se deve fechá-la enquanto estiver
ocorrendo o fluxo de ar para a atmosfera, pois isso pode ocasionar um alívio
indesejado dos freios da composição.
Esta torneira só deve ser aberta ou fechada com a devida autorização do maquinista
que estiver na condução do trem.
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2.3.1.2 Mangueiras de freio
As mangueiras de freio são elementos flexíveis que garantem a continuidade do
encanamento geral quando do acoplamento com outros veículos, locomotivas e vagões.
As mangueiras de freio são compostas por:
Niple;
Elemento de mangueira (tubo de borracha vulcanizada com camadas internas de
reforço);
Bocal com junta (FP-5);
Duas braçadeiras metálicas com parafuso e porca.
Figura 2.92 Mangueira de freio
Tabela 2.9 Tipos de mangueiras de freio de vagões
Aplicação Mangueira
Ligação entre vagões de minério geminados - GDE 1 3/8” x 68”
Encanamento do cilindro de freio entre vagões de minério geminados - GDE 11/8” x 64”
Vagões de carga geral 1 3/8” x 22”
Vagões de carga geral tipo HAD com torneiras retas 1 3/8” x 34”
Vagões de minério GDE 1 3/8” x 30”
Vagões de minério GDE – encanamento geral – Coletor de pó MP 101
1 3/8” x 23”
Vagões de minério GDE – encanamento geral – Coletor de pó MP 102
1 3/8” x 26”
Vagões de minério GDE – encanamento geral – Coletor de pó MP 103
1 3/8” x 30”
Carros de passageiros 1 3/8” x 19”
Niple
Braçadeira
Bocal
Braçadeira
Elemento
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2.3.1.3 Válvula de descarga
As válvulas de controle de locomotivas não possuem uma parte de emergência,
responsável pela chamada ação rápida nas aplicações de Emergência.
Para a função de ação rápida usa-se a válvula de descarga nº 8.
Figura 2.93 Válvula de descarga nº 8
Sua função é proporcionar uma descarga rápida local da pressão do encanamento geral
para a atmosfera, a fim de garantir uma condição de propagação de aplicação de
Emergência dos freios, principalmente naquelas originadas num trem longo, quando são
usadas várias locomotivas operando em tração múltipla, pois a capacidade total dos
compressores é tal que muitas vezes uma ruptura de mangueira de um vagão de cauda
do trem pode não ser sentida pela locomotiva, o que impossibilita a aplicação de
Emergência.
Quando a válvula de descarga nº 8 opera, a queda brusca de pressão provoca o
funcionamento das outras válvulas de descarga dos outros vagões, assim como das
válvulas de controle de toda a composição.
Está normalmente localizada sob a plataforma da locomotiva, em derivação do
encanamento geral.
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2.3.2 Controle
Quando o maquinista inicia uma aplicação, ou seja, utiliza o manipulador automático da
locomotiva para redução da pressão do encanamento geral, uma válvula de controle
sente a menor pressão do encanamento geral com relação à pressão do reservatório de ar
e aplica os freios do vagão, enviando ar comprimido do reservatório de ar para o cilindro
de freio.
No momento que o maquinista posiciona o manipulador na posição de alívio, elevando a
pressão do encanamento geral, a válvula de controle assume nova posição liberando o ar
do cilindro de freio para a atmosfera.
No início as válvulas de controle eram constituídas de diafragmas e anéis de borracha
tipo K.
Logo os diafragmas de borracha foram substituídos por pistões metálicos com anéis de
vedação por questões de manutenção dos equipamentos.
Além disso, a manutenção em locais de difícil acesso e com poucos recursos fez com que
se buscasse a robustez e simplicidade na manutenção.
Normalmente existe uma válvula para cada vagão, exceto nos casos de sistema dual
(vagões GDT), onde uma única válvula comanda os freios de uma dupla de vagões.
Os tipos de válvulas de controle e sua evolução estão mostrados na Tabela 2.10.
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Tabela 2.10 Tipos de válvulas de controle
Tipo de
válvula Válvula de controle Apresentação
AAR
Testes Norma
K
1906 1908 1917
AB
1930 1931 1936
ABS
ABD
1962 1964 1967 ABD-1
ABSD
ABDW
1974 1975 1977
ABDX
1989 1989 1995 ABDXL
ABSDX
Legenda
comum válvula AB válvula ABD válvula ABDW válvula ABDX válvula ABDXL
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2.3.2.1.1 Válvula de controle AB
Introduzida no mercado em 1933, a válvula de controle AB é encontrada em menos de
10% da frota de vagões de carga.
A válvula de controle AB introduziu o recurso de serviço rápido, que permite que a
pressão no encanamento de freio alivie localmente em cada vagão durante a aplicação
inicial de serviço.
Como resultado, os freios são aplicados uniformemente e levemente em todo o trem.
Figura 2.94 Válvula de controle AB
As válvulas AB apresentam as seguintes características:
Funções
Executa as seguintes funções básicas:
Carregamento;
Aplicação;
Alívio;
Emergência.
Tecnologia
A válvula AB utiliza a tecnologia da válvula de gaveta, que proporciona:
Controle preciso;
Auto limpante;
Tempo de serviço longo.
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Serviço rápido inicial
3 minutos para aplicação do freio no último vagão de uma composição de 150
vagões;
6 psi de redução do encanamento geral resultam em 10 psi de pressão mínima no
cilindro de freio.
Alívio direto
Longos tempos para alívio - 60s para transmitir ao último vagão de uma composição
de 150 vagões;
Resulta em restrição de operação.
Vazamento pelos anéis de segmento
Não tem ajuste;
Freios agarrados;
Requer manutenção especializada.
Componentes básicos
Figura 2.95 Componentes da válvula de controle AB
A válvula de controle AB é composta por três componentes básicos:
a) Suporte dos encanamentos
O suporte dos encanamentos tem as seguintes funções:
Anexar ao vagão e conectar vários encanamentos para os componentes;
Filtrar o fornecimento de ar usando seu filtro interno;
Suporte dos
encanamentos
Parte
seviço
Parte
emergência
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Conectar a parte de serviço e a parte de emergência.
b) Porção de serviço
A porção de serviço inclui:
Pistão de serviço;
Slide;
Válvula de graduação.
Executa as seguintes funções:
Permitir o carregamento dos reservatórios de emergência e auxiliar;
Executar todos os serviços de frenagem.
c) Porção de emergência
Similar à parte de serviço, a porção de emergência também inclui:
Pistão de serviço;
Slide;
Válvula de graduação.
Quando a porção de emergência detecta que o ar do encanamento de freio é reduzido,
mais que a taxa de serviço, ele move para aliviar o ar do encanamento de freio
diretamente para a atmosfera e direciona a pressão do ar do reservatório de emergência
para o cilindro de freio.
Observação
Uma aplicação do freio de emergência é um resultado de uma rápida queda na pressão
no encanamento de freio.
A aplicação do freio de emergência aplicará os freios rapidamente e uniformemente em
todo o trem.
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2.3.2.1.2 Válvula de controle ABD
Dadas às crescentes necessidades das ferrovias, as válvulas de controle ABD foram
desenvolvidas em 1963/64, para desempenhar todas as funções da válvula de controle
AB padrão em nível maior de flexibilidade e confiabilidade, aliadas a um menor custo de
manutenção.
Figura 2.96 Válvula de controle ABD
As principais características das válvulas de controle ABD são:
Pistões de serviço e emergência operados por diafragma com as seguintes vantagens:
Eliminação do vazamento e atrito provocados por anéis;
Resposta pronta e positiva a pequenos diferenciais de pressão;
Diferenciais operacionais mantidos constantes pela eliminação do atrito e
vazamentos variáveis;
Pistões montados verticalmente sendo, desta forma, menos suscetíveis às vibrações
provenientes da operação dos vagões.
Serviço rápido
O recurso de serviço rápido permite:
4 a 6 psi de ar no encanamento de freio para aliviar para a atmosfera em cada
vagão;
Alívio rápido somente quando a válvula de controle move de Alívio para Serviço (o
serviço rápido não permite alívio local após a redução inicial ser realizada ou
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quando a válvula de controle se move da posição de Recobrimento para a posição de
Serviço durante novas reduções);
Inclui uma válvula que limita a pressão do cilindro de freio para 10 a 12 psi.
Válvula de alívio acelerado
A válvula de alívio acelerado ajuda a recarregar o encanamento de freio a partir do
reservatório de emergência em cada vagão e transmite rapidamente o alívio através do
trem, o que produz as seguintes vantagens:
Elimina freios agarrados;
É disparado pelo alívio de 10 psi ou uma redução maior no encanamento de freios;
Transmite rapidamente o alívio dos freios serialmente ao longo do trem, o que
reduz o tempo de alívio do trem em 50%;
Reduz as forças no trem e permite um alívio a baixas velocidades em trens longos,
devido ao alívio mais rápido dos freios;
Acelera o recarregamento dos vagões adjacentes;
Válvula de alívio manual
Um só punho controla o alívio dos cilindros de freio, mantendo os reservatórios
carregados ou, se desejado, proporciona a descarga de um ou ambos, juntamente com a
pressão do cilindro de freio.
Carregamento uniforme
Uma das principais características das válvulas de controle ABD é o carregamento
uniforme.
Por carregamento uniforme entende-se o carregamento (ou recarregamento) retardado
dos equipamentos de freio dos vagões mais próximos da locomotiva e mais rápido dos
vagões da cauda do trem.
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2.3.2.1.3 Válvula de controle ABDW
Introduzida em 1974, a válvula de controle ABDW mantém as principais características
das Válvulas de Controle ABD: serviço rápido e serviço de alívio acelerado.
Figura 2.97 Válvula de controle ABDW
A principal função introduzida nessa válvula foi o recurso da aplicação acelerada de
serviço.
Apesar de ser uma função relacionada às aplicações dos freios de serviço dos vagões, a
válvula de aplicação acelerada de serviço foi incorporada na porção de emergência da
válvula de controle.
O recurso de aplicação de serviço acelerada:
Permite uma quantidade de ar adicional no encanamento de freio para aliviar cada
vagão durante cada aplicação de freio de serviço;
Resulta em aplicações de serviço mais rápidas;
Reduz as forças no trem;
Encurta as distâncias de parada.
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2.3.2.1.4 Válvula de controle DB-60
Apesar da válvula DB-60 ser mais moderna, possui as mesmas funções das válvulas da
família AB.
Figura 2.98 Válvula de controle DB-60
Diferencia-se das válvulas da família AB por já possuir a função W no seu corpo.
Figura 2.99 Válvula de controle DB-60 instalada no vagão
Observação
Utiliza o mesmo suporte de encanamento, podendo trafegar em vagões com válvulas da
família AB.
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2.3.2.2 Reservatório combinado
O reservatório combinado armazena o ar que vem através da válvula de controle em 2
(dois) compartimentos, que são destinados a função de:
Reservatório auxiliar sua pressão é usada em uma aplicação de serviço
ou de emergência;
Reservatório de emergência sua pressão é usada em uma aplicação de
emergência.
Figura 2.100 Reservatório combinado
Nos vagões das ferrovias brasileiras são utilizados dois tipos de reservatórios
combinados, conforme mostrado na Tabela 2.11.
Tabela 2.11 Reservatórios combinados utilizados nas ferrovias brasileiras
Tipo de
reservatório
combinado
Tipo de vagão Cilindros de freio
Volume dos reservatórios
Auxiliar / Emergência
[litro]
1
Vagões singelos 10” x 12”
41 / 57
Vagões duais 8” x8”
2 Vagões duais 10” x12” 62 / 96
Figura 2.101 Volume dos reservatórios combinados
Reservatório
auxiliar Reservatório
de emergência
Reservatório
auxiliar
41 ou 62 litros
Reservatório
de emergência
57 ou 96 litros
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Todos os reservatórios são dotados de flanges ou conexões roscadas, para ligar o ar que
neles é armazenado, pintados internamente e testados hidrostaticamente com 220 psi.
Este reservatório é carregado através da válvula de controle até atingir pressão igual ao
encanamento geral, liberando ar comprimido para o cilindro de freio no momento da
aplicação de freio do vagão.
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2.3.2.2.1 Coletor de pó combinado com torneira de isolamento
Instalado entre o encanamento geral e a entrada de ar para a válvula de controle, este
dispositivo é uma combinação de 2 (dois) elementos:
Coletor de pó centrífugo
É do tipo padrão, com válvula de retenção e câmara de pó removível.
Realiza uma pré-filtragem a fim de evitar que o pó e/ou partículas de sujeira
depositada no encanamento geral passem para a válvula de controle, que poderiam
prejudicar o bom funcionamento do equipamento.
Torneira interruptora
Abre ou fecha a comunicação entre a válvula de controle e o encanamento geral.
Permite o isolamento da válvula de controle, caso seja necessário isolar um vagão
com mau funcionamento no sistema de freio.
Figura 2.102 Coletor de pó combinado com torneira de isolamento
Tabela 2.12 Condição da torneira de isolamento
Condição da torneira de isolamento Posição do manípulo
Aberta Forma um ângulo reto com a tubulação
Fechada Em paralelo com a tubulação
O dispositivo é dotado de flanges para parafusos destinados a ambas as conexões.
O flange na extremidade do coletor de pó é preso por parafusos diretamente ao suporte
de encanamentos "AB", enquanto o flange na extremidade da torneira é destinado a uma
conexão também do tipo de flange.
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2.3.2.3 Retentor de controle de alívio
O retentor de controle de alívio é um dispositivo de operação manual, localizado no final
“B” do vagão ou no lado próximo da válvula de controle de retenção.
Figura 2.103 Retentor de controle de alívio
Utilizado para controlar o tempo de descarga do ar dos cilindros de freio, é apropriado
para operar em vagões rebocados em trens que trafegam em terreno muito acidentado,
como descida de serra.
Tem a função de proporcionar dois tipos de alívio dos freios:
Restrito
Nos pontos onde as descidas de serra iniciam, os punhos dos retentores de controle de
alívio de todos os veículos da composição devem ser movidos para a posição horizontal.
Figura 2.104 Punho na posição horizontal
A pressão do cilindro de freio cairá de 50 para 5 psi em 65 segundos, dando tempo
suficiente para que os compressores da locomotiva restabeleçam a pressão de ar nos
reservatórios dos veículos, como também o recarregamento do sistema, antes de uma
nova aplicação.
Direto
Na primeira parada após a descida de serra, os punhos dos retentores de controle de
alívio devem ser movidos para a posição vertical.
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Figura 2.105 Punho na posição vertical
A pressão do cilindro de freio cairá de 50 psi para 5 psi em 25 segundos.
Consequentemente, o alívio da pressão de ar nos cilindros de freio será muito mais
rápido.
Os retentores de controle de alívio atuais já dispõem de uma terceira posição, com o
punho a 45º, que proporciona um alívio restrito em menor tempo, ou seja, de 50 para 5
psi em 45 segundos.
Observação
Quando se coloca o punho do retentor de controle de alívio de um veículo na posição de
descida de serra, é necessário que se faça o mesmo em todos os veículos da composição.
Numa mesma composição não podem trafegar veículos com o punho em posições
diversas.
Nas ferrovias do Brasil são utilizados dois tipos de retentores de controle de alívio:
De duas posições (direto / restrito)
De três posições (direto / restrito / super-restrito)
Nas ferrovias americanas e nos países andinos os retentores de controle de alívio
utilizados têm 3 (três) posições (direto / restrito / com retenção)
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2.3.3 Aplicação
O cilindro de freio, instalado no estrado dos vagões, é o componente responsável pelo
acionamento mecânico do sistema de freio, pois recebe o ar comprimido oriundo do
reservatório auxiliar através da válvula de controle e, com o aumento da pressão interna,
sua haste de acionamento avança movimentando a timoneria de freio e
consequentemente pressionando as sapatas de freio contra as rodas.
Quanto maior a pressão maior será o esforço de frenagem.
Quando os freios são aliviados, o ar comprimido interno é direcionado para a atmosfera e
a mola interna promove o retorno da haste de acionamento, afastando a sapata de freio
da roda.
Tabela 2.13 Tipos de cilindro de freio de vagões
Cilindro de freio Significado Área
[pol2
/ cm2
]
Curso
Carregado Vazio
10 x 12”
10” de diâmetro
12” de deslocamento 78,5 / 506,4
8”
203,2 mm
7 1/4”
184,15 mm
8 x 8”
8” de diâmetro
8” de deslocamento 50,3 / 324,5
5”
127 mm
4 1/4”
107,95 mm
7.5/8” x 12” x 9”
12” e 7 5/8” de diâmetro
9” de deslocamento
Vazio Carregado
6”
152,4 mm
5”
127 mm
113,1 /
729,7
45,7 /
294,6
Os cursos dos Cilindros de Freio são calculados.
Deve-se usar, no máximo, ¾ do seu valor total de deslocamento.
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2.3.3.1 Timoneria de freio
O sistema de freio dos vagões de carga tem a força, gerada pela pressão dos cilindros de
freio, transmitida às sapatas de freio através de um conjunto de tirantes e alavancas,
chamado de timoneria de freio.
Figura 2.106 Timoneria de freio de vagões
As timonerias de freio usadas em vagões têm os cilindros de freio instalados no estrado
dos mesmos, e dividem-se em duas partes:
Timoneria do corpo;
Timoneria do truque.
Figura 2.107 Posição do cilindro de freio
Analisando separadamente a timoneria dos truques, vemos que nos vagões de bitola
métrica da EFVM e FCA os truques possuem alavancas de força do tipo vertical, ou seja,
alinhadas com o tirante que vem das alavancas da caixa.
Cilindro
de freio
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Figura 2.108 Alavancas de força do tipo vertical
Estas alavancas têm furação maior e menor, para que possam multiplicar os esforços até
que estes cheguem aos triângulos e consequentemente às sapatas de freio.
A timoneria pode incluir dois equipamentos adicionais:
Dispositivo vazio/carregado;
Ajustador de folga.
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2.3.3.2 Equipamento vazio/carregado
Para um bom manejo do trem, é desejável que o sistema de freio seja capaz de produzir
uma força de frenagem suficiente para parar o trem quando os vagões estiverem
carregados, mas, ao mesmo tempo, não deve produzir uma força de frenagem, quando
os vagões estiverem vazios, capaz de provocar o travamento das rodas, o que causa calos
nas rodas.
Para tanto, devemos considerar o limite superior das recomendações da AAR – S 401 ao
projetar a Taxa de Frenagem para o vagão carregado, isto é:
Vagão novo 11% a 14%
Vagão usado 8,5% a 14%
Taxas de frenagem muito altas para o vagão carregado podem fazer com que a Taxa de
Frenagem para o vagão vazio exceda os limites propostos pela AAR, que é de 35% a 40%
da prevista para o vagão carregado.
Para evitar o travamento das rodas do vagão vazio, é necessário que o sistema de freio
identifique se o vagão está vazio ou carregado, e então faça o ajuste do esforço de
frenagem conforme a condição de carga do vagão, que é determinada pela medição da
deflexão das molas do truque do vagão.
O dispositivo utilizado para determinar a condição do vagão é o equipamento
vazio/carregado, que, de uma forma geral, é usado quando:
O equipamento vazio/carregado pode ser acionado das seguintes formas:
1. Com dispositivo mecânico que muda o ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio.
Condição de vagão vazio
A trava interna do comutador de freio não é liberada e o ponto de apoio da alavanca do
cilindro de freio é estabelecido na extremidade do comutador de freio, liberando o tirante
de freio carregado, de modo que:
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Figura 2.109 Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vagão vazio
Condição de vagão carregado
O ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio é estabelecido na extremidade do
tirante de freio carregado, de modo que:
Figura 2.110 Ponto de apoio da alavanca do cilindro de freio para vagão carregado
Como podemos observar da Figura 2.109 e da Figura 2.110:
Logo,
O comutador de freio normalmente está localizado nas laterais do truque do vagão.
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Figura 2.111 Localização do comutador de freio
O comutador de freio pode ser do tipo:
Manual
Figura 2.112 Comutador de freio manual
Automático
Figura 2.113 Comutador de freio automático
2. Com equipamento ABEL (A B Empty/Loaded) dotado de cilindro de freio com pistão
diferencial (7 5/8” x 12 x 9”) e uma válvula de mudança, manual ou automática.
O cilindro de freio diferencial possui duas câmaras, que abastecem respectivamente a:
Face maior do pistão Diâmetro de 12”
Face menor do pistão Diâmetro de 7 5/8”.
Figura 2.114 Cilindro de freio com pistão diferencial
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Condição de vagão vazio
Válvula de mudança permitirá que haja pressão em ambas as câmaras do pistão do
cilindro de freio diferencial, resultando num esforço de frenagem menor.
Figura 2.115 Condição do cilindro de freio com pistão diferencial para vagão vazio
Condição de vagão carregado
A válvula de mudança permitirá passagem de ar apenas para a câmara da face maior do
pistão, enquanto que a câmara da face menor fica em comunicação com a atmosfera,
resultando num esforço maior de frenagem.
Figura 2.116 Condição do cilindro de freio com pistão diferencial para vagão carregado
Como válvula de mudança é utilizada a válvula AB-5, que é acionada manualmente.
Figura 2.117 Válvula de mudança manual AB-5
A mudança do regime de frenagem é efetuada no disco seletor, posicionando o punho
operante nas posições da placa indicadora:
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VAZIO quando o vagão transportar menos de meia carga
CARGA quando o vagão tiver mais de meia carga
Figura 2.118 Punho da válvula AB-5
3. Mudança automática com a válvula VTA.
A válvula de mudança VTA é utilizada para acionar o dispositivo vazio/carregado, que
muda, de forma automática, o regime de frenagem.
Figura 2.119 Válvula de mudança automática VTA
A válvula VTA é instalada na travessa do truque.
Figura 2.120 Instalação da válvula VTA
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Condição de vagão vazio
Quando o vagão está vazio, as molas do truque estão distendidas e o sensor da válvula
VTA não toca no batente, o bloqueia a passagem do ar do encanamento geral para
acionar o pistão de liberação do ferrolho.
Figura 2.121 Condição da válvula VTA para vagão vazio
Condição de vagão carregado
Quando o vagão é carregado, as molas do truque se comprimem e o sensor toca no
batente, acionando a válvula VTA para a posição de carga.
Com isso, libera a passagem do ar do encanamento geral para acionar o pistão de
liberação do ferrolho, fazendo com que a força seja transmitida através do tirante/barra
de carga.
Figura 2.122 condição da válvula VTA para condição vagão carregado
Válvula de
mudança
VTA
Sensor
Batente
Reservatório
auxiliar
Passagem do ar do
encanamento geral
Válvula de
mudança
VTA
Sensor
Batente
Reservatório
auxiliar
Passagem do ar do
encanamento geral
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4. Com volume adicional que fica em comunicação com o cilindro de freio na posição
vazio.
Durante as aplicações de freio, na condição de Vagão Vazio, as válvulas de carga
proporcionais direcionam a pressão do reservatório auxiliar para o cilindro de freio e para
um reservatório adicional, com um pequeno volume.
Figura 2.123 Reservatório adicional
Pela Lei de Boyle Mariote, em virtude desse volume adicional, podemos afirmar que a
pressão final no cilindro de freio será menor, o que reduz a possibilidade de travamento
das rodas.
Na condição de Vagão Carregado, a válvula, EL-60 ou a válvula EL-X, do dispositivo
vazio/carregado de comutação automática interrompe a comunicação entre o
reservatório auxiliar e o reservatório adicional, de modo que a pressão do reservatório
auxiliar flui apenas para o cilindro de freio, aumentando a pressão no seu interior.
Figura 2.124 Válvula EL-60 e Válvula EL-X
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O dispositivo vazio/carregado é instalado na caixa do vagão, acima da lateral do truque.
Figura 2.125 Instalação da válvula EL-X no vagão
A válvula EL-60 ou a válvula EL-X, determina a condição de carga do vagão ao medir
quanto movimento do braço sensor da válvula é necessário para que se encoste à
travessa lateral do truque.
Figura 2.126 Vagão vazio
Figura 2.127 Vagão carregado
Uma relação estabelecida entre a posição do braço sensor e a válvula proporcional do
dispositivo Vazio/Carregado resulta na proporção vazio/carregado (30%, 40%, 50% ou
60%).
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Se o vagão estiver carregado com 30% de seu carregamento ou mais, o movimento do
braço sensor será restringido ao fazer contato com a travessa lateral do truque,
posicionando assim a válvula para uma frenagem de vagão carregado.
Se o vagão estiver carregado com menos que 30% de sua capacidade, e a pressão do
cilindro de freio chegar a 15 psi, o braço sensor poderá se mover além do ponto de
câmbio.
Se o vagão estiver totalmente vazio, o braço sensor ficará com uma folga de 1/4” da
travessa lateral do truque.
A válvula de comutação automática possui um visor do lado oposto da alavanca sensora
que nos permite visualizar a condição de Vazio quando o pino vermelho aparece no visor
e Carga quando o pino não aparece no visor.
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2.3.3.3 Ajustador automático de folga
Sua função é ajustar automaticamente as folgas na timoneria de freio decorrentes do
desgaste das sapatas e rodas e, assim, manter o curso padrão do cilindro de freio.
Conforme o tipo de acionamento os ajustadores automáticos de folga são
classificados em:
Pneumático
Os ajustadores pneumáticos funcionam em um só sentido, só diminui a folga.
Figura 2.128 Ajustador pneumático
Mecânico
Os ajustadores mecânicos são caracterizados por duplo sentido, diminuem e
aumentam a folga.
Figura 2.129 Tipos de ajustadores mecânicos
Como a ação do ajustador se realiza nos dois sentidos, quando as sapatas que estão
gastas são substituídas por outras novas, o mecanismo automaticamente ajusta a
timoneria para as novas condições.
O ajustador restabelece em no máximo três aplicações o curso normal do pistão do
cilindro de freio, após a troca de todas as oito sapatas de vagão.
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Figura 2.130 Detalhes internos dos ajustadores mecânicos
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2.3.4 Freio manual dos Vagões
É um dispositivo mecânico, geralmente localizado em uma das testeiras ou na lateral do
vagão, que fica ligado a timoneria de freio e tem a função de aplicar de forma mecânica o
freio no vagão, sem o auxílio do sistema de freio automático.
Há vários tipos de freio manual, porém os mais usados são os de volante com catraca.
Figura 2.131 Freio manual de volante com catraca
O freio manual dos vagões é acionado para:
Segurar os vagões contra movimentos indesejados;
Controlar e parar vagões em movimento quando eles não estão acoplados num trem
ou parte de um movimento de manobra;
No caso em que a composição fique estacionada por mais de 6 (seis) horas com ou
sem a locomotiva acoplada.
No caso de estacionamento da composição onde a locomotiva fique desacoplada.
Observação
Use o bloqueio para proteger os vagões com freio manual inoperante ou para impedir a
circulação durante operações de manobra de curta duração.
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Dinâmica e Frenagem
Ferroviária
3 Sistema de Freio a Ar Controlado
por Computador
José Luiz Borba / Mauro Antônio Bergantini
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3.1 Introdução
O Sistema de Freio a Ar Controlado por Computador de Segunda Geração (CCB II) é um
sistema de controle de freio eletropneumático baseado em microprocessador, projetado
para ser compatível com os equipamentos de freio automático 26-L e CCB de Primeira
Geração (CCB I).
Executa diversas funções de diagnóstico:
Auto teste;
Calibragens;
Sinalização de Defeitos.
Na Figura 3.1 vemos o esquemático de configuração do sistema de freio a ar controlado
eletronicamente do tipo CCB II.
Figura 3.1 Configuração do CCBII
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O sistema CCB II é composto pelos seguintes módulos eletrônicos:
IPM (Integrated Processor Module - Módulo de Processador Integrado);
EPCU (Electro Pneumatic Control Unit - Unidade de Controle Eletropneumática);
EBV (Electronic Brake Valve – Válvula de Freio Eletrônico);
RIM (Relay Interface Module);
ILC (Integrated Locomotive Computer - Computador Integrado da Locomotiva).
Os módulos formam uma eletrônica distribuída que é interligada através de uma rede
operacional Lon Works da Echelon Corporation, de modo que toda lógica é controlada por
computador.
EBV
IPM RIM
EPCU
Envia e recebe informações sobre o
status: do freio automático e/ou
independente, da locomotiva
(comandante/comandada), do
homem morto, da chave seletora e
UM-2A e da tensão de 74 V de
alimentação dos módulos
ILC
Envia a informação de aplicação ou de alívio
do freio automático e/ou independente
Envia e recebe informações sobre o status: do freio
automático e/ou independente, da
locomotiva (comandante/comandada)
Envia informações sobre o status do freio automático e/
ou independente
Envia e recebe informações sobre o
status: do freio automático e/ou
independente, da locomotiva
(comandante/comandada)
Envia e recebe informações sobre o status: da locomotiva (comandante/comandada), do homem morto, da chave
seletora e UM-2A
Figura 3.2 Comunicação entre os módulos eletrônicos
Uma exceção é a inicialização de uma aplicação de freio de emergência que é propagada,
mecanicamente, através de uma válvula de respiração, colocando-se o punho do
Manipulador Automático na posição de Emergência.
O sistema CCBII apresenta as seguintes características:
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Muitas das funções efetuadas através de válvulas pneumáticas A1, P-2A, MU-2A,
Sobre-Velocidade, Chave Seletora e o Homem Morto, do sistema de freio 26L, são
simuladas através do software do CCBII em conjunto com o IPM e o IFC.
Não existe uma substituição ou equivalência direta entre a maioria das válvulas e ou
funções pneumáticas existentes no sistema de freio 26L.
O uso de tecnologia modular LRU (unidade modularizada de linha substituível)
permite o diagnóstico e um serviço rápido com um mínimo de ferramentas.
Existe a possibilidade de alteração da configuração existente, através de software,
permitindo flexibilidade e facilidade de adaptação a futuras exigências de mercado.
Os módulos da EPCU (unidade de controle eletropneumática), o manipulador de
freio (EBV), o módulo RIM (Relay Interface Module) e o computador (IPM) estão
ligados entre si através de uma rede operacional (Lon Works), o que permite um
monitoramento constante de todas as funções eletrônicas e pneumáticas.
Tubo 21LON
LON
Discrete I/O
Fiação da locomotiva
ILC
Encanamento Geral
Encanamento dos Cilindros de Freio
Encanamento de Equalização dos Reservatórios Principais
Encanamento de Equalização dos Cilindros de Freio
LON
EBV
EPCU
RIM IPM
Figura 3.3 Interface com o sistemas da locomotiva
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Em caso de avaria o computador decide qual a melhor alternativa para o backup
sendo o operador informado através de uma mensagem enviada para o IFC (crew
message).
Existe alternativa pneumática (backup) das principais funções de segurança.
O controle das funções de Principal/Rebocado e controle de acionamento e corte do
encanamento de freio são realizados através da seleção de menu do ILC (Integrated
Locomotive Computer - Computador Integrado na Locomotiva) localizado no console
do operador.
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3.1.1 Módulo de Processador Integrado - IPM
O computador principal do sistema CCB II é o Módulo de Processador Integrado (IPM).
Figura 3.4 O Módulo do Processador Integrado -IPM
De um modo geral, é montado no nariz da cabina da locomotiva e executa todas as
interfaces com o computador da locomotiva (ILC).
O IPM comunica-se com:
O ILC através da linha de Controle de Link de Dados de Alto Nível (HDLC).
O EPCU e o EBV através da rede Lon Works.
Além de gerenciar e executar todas as tarefas de interfaces com o ILC e de transmitir os
comandos de freio ao EPCU, o IPM comunica-se com o ILC para transmitir as mensagens:
De Alerta;
À equipe;
De defeitos detectados por diagnóstico.
para exibição nas telas da locomotiva.
Estas mensagens são fornecidas para auxiliar o operador na operação do sistema de
freio.
Não têm por objetivo ser instruções de manutenção.
O IPM tem espaço para até oito entradas e oito saídas discretas.
As saídas binárias direcionam os relés eletromecânicos para interface, e podem ser
configuradas, como necessário, para suportar as opções no nível do sistema da
locomotiva.
O sistema CCB II pode ser fornecido como parte de um pacote integrado que combina a
funcionalidade da tração distribuída com o freio pneumático eletrônico.
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Este é um produto da GE-Harris Railway Electronics, vendido sob o nome comercial
LOCOTROL-EB.
Quando fornecido, como parte do LOCOTROL-EB, o IPM contém software que fornece toda
a funcionalidade da tração distribuída.
A configuração do freio pneumático é feita através do Computador Integrado da
Locomotiva (ILC).
O conjunto de luzes de indicação na parte frontal do IPM, bem como a indicação
propiciada por elas estão relacionadas na Tabela 3.1.
Figura 3.5 Luzes de indicação do IPM
Tabela 3.1 Indicação propiciada pelo conjunto de luzes na frente do computador IPM
Luz Indicação
POWER
Esta luz verde indica que o IPM está ligado.
Se o disjuntor do IPM estiver ligado e esta luz não estiver acesa, então
existem fortes possibilidades de a fonte de alimentação do IPM estar avariada.
CPU OK
Esta luz verde indica que o processador do IPM está ok, baseada na
informação interna fornecida pelo “WATCHDOG”.
Esta luz indica também que o IPM passou o auto teste inicial o qual é efetuado
de 15 em 15 minutos.
DP LEAD
Esta luz verde indica que a locomotiva está em COMANDO, com o sistema de
Potência Distribuída ativado.
DP REMOTE
Esta luz verde indica que a locomotiva está a funcionar com o sistema de
Potência Distribuída remotamente ativado.
DP TX A
Esta luz amarela indica que a locomotiva está transmitindo mensagens de
Potência Distribuída através do Rádio A.
DP TX B
Esta luz amarela indica que a locomotiva está transmitindo mensagens de
Potência Distribuída através do Rádio B.
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DP RX
Esta luz verde indica que a locomotiva está recebendo mensagens de Potência
Distribuída via rádio.
DP COM INT
Esta luz vermelha indica que a locomotiva está com uma avaria no sistema de
comunicação de rádio em P.D.
DATALINK FA
Esta luz vermelha indica que o IPM está impossibilitado de comunicar com o
computador da locomotiva (ILC, IFC, ICE, etc.) via LSI através da porta RS-422
(HDLC) em P.D. ou EAB.
NETWORK FA
Esta luz vermelha indica que existem dificuldades nas comunicações internas
nos sistemas LOCOTROL EB ou CCB II(entre o IPM, EPCU e EBV) através da rede
LON.
EBV FAIL
Esta luz vermelha indica que há uma avaria na válvula eletrônica de freio
(EBV), do sistema LOCOTROL EB/CCB II.
Esta avaria específica pode ser eletrônica, pneumática ou ambas
EPCU FAIL
Esta luz vermelha indica que há uma avaria na Unidade de Controle Eletro
pneumática (EPCU), do sistema LOCOTROL EB/CCB II.
Esta avaria específica pode ser eletrônica, pneumática ou ambas.
EAB BACKUP
Esta luz amarela indica que o sistema LOCOTROL EB / CCB II ativou um dos
modos de operação alternativos (backup) por forma a que o Freio Eletrônico
continue as suas funções.
Por exemplo, se o transdutor primário do reservatório principal (MRT) avariou
e o sistema comutou para o transdutor secundário (MRT).
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3.1.2 Unidade de controle eletropneumático – EPCU
A Unidade de Controle Eletropneumático (EPCU) contém válvulas pneumáticas que
controlam as linhas pneumáticas do trem da locomotiva.
É constituído pelas unidades substituíveis de linha modularizadas (LRU’s):
13CP Peça de controle 13
16CP Peça de controle 16
20CP Peça de controle 20
BCCP Peça de controle do encanamento de freio
BPCP Peça de controle do cilindro de freio
ERCP Peça de controle do reservatório de equalização
DBTV Válvula tripla DB
PSJB Caixa de junção da fonte de alimentação
MR FILTER
Figura 3.6 Unidade de controle eletropneumático - EPCU
O EPCU contém filtros para o reservatório principal de ar, bem como para o ar do controle
independente e controle das LRU’s.
O fornecimento de ar ao relé do encanamento de freio está condicionado por um
elemento de tela.
Adicionalmente, o EPCU contém um Regulador de Motor Morto (DER), que permite ao
reservatório principal carregar do encanamento de freio em uma locomotiva morta.
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As funções dos módulos que compõem a unidade de controle eletropneumático estão
descritas na Tabela 3.2.
Tabela 3.2 Funções dos módulos que compõem a unidade de controle eletropneumático
Módulo Função
13CP
Simula a função de Alívio da Válvula 26-F.
Fornece a pressão do encanamento de aplicação.
16CP Fornece a pressão de controle do cilindro do freio.
20CP
Simula a função do Independente.
Fornece a aplicação independente e a pressão do encanamento de alívio.
16CP e 20CP
Simulam em conjunto as funções das Válvulas H5, F1 e J 1.6 16.
Estas funções são auxiliadas pelo software do freio instalado no IPM e em
cada módulo.
BCCP
Simula a função da válvula-relé J1, mas também trabalha em conjunto com os
módulos 16CP e 20CP.
Contém o relé do encanamento de freio e fornece acionamento e corte do
encanamento de freio, bem como a aplicação de emergência.
BPCP
Simula as funções de Emergência e Carregamento da Válvula 26-C.
Abriga o relé do cilindro do freio.
DBTV
Simula a função de Aplicação de Serviço da válvula 26-F, mas a sua principal
função é de BACKUP do Sistema de Freio CCBII.
Fornece suporte pneumático na hipótese de falha eletrônica.
16CP, 13CP e
DBTV Auxiliam o Freio Dinâmico.
16CP, BCCP e
DBTV Simulam em conjunto as funções da válvula 26-F.
ERCP
Simula as funções da válvula reguladora e da válvula de comunicação com o
EG da válvula 26-C.
Fornece pressão de controle encanamento de freio.
BPCP e ERCP
A válvula KR5 (instalada no BPCP) em conjunto com o ERCP são responsáveis
pelo Recobrimento do sistema de freio da locomotiva.
PSJB contém o fornecimento de energia
Cinco (5) destas LRU’s, 13CP, 16CP, 20CP, BCCP e ERCP, são "inteligentes" e se
comunicam através da rede.
A Unidade de Controle Eletropneumático (EPCU) é instalada no compartimento de
controle do freio da locomotiva.
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Figura 3.7 Instalação da EPCU
Também faz parte da unidade de controle eletropneumático um reservatório equilibrante,
que está instalado na parte traseira do painel.
Figura 3.8 Reservatório equilibrante
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3.1.3 Módulo de interligação dos relés – RIM
O Módulo de Interface dos Relés (RIM) é um compartimento padrão LSI onde estão
fisicamente montados até sete relés eletromecânicos, que são direcionados pelo IPM,
para comutar as linhas elétricas do trem.
Figura 3.9 Módulo de interligação dos relés - RIM
O RIM contém seis relés operacionais cujas funções estão especificadas na Tabela 3.3.
Tabela 3.3 Funções dos relés operacionais do RIM
Relé Função
PCS
O relé Power Knockdown Switch liga/desliga o relé PCR no sistema de controle
elétrico da locomotiva
ALR O Alarm Relay ativa o sistema de alarme em caso de avaria no freio
ESR O Emergency Sand Relay quando ligado activa o areeiro
IBR
A uma pressão de 13 psi nos cilindros, o Independent Brake Relay ativa o sinal
de freio independente reduzindo a escala de aplicação do freio dinâmico
DBCO Dynamic Brake Cut Out ativa/desativa o freio dinâmico
SPARE Suplente (não usado)
De modo geral, está montado no nariz da cabina, próximo do IPM.
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3.1.4 Válvula de freio eletrônico – EBV
A interface homem-máquina (Man Machine Interface - MMI) para o sistema de freio CCB II
é a Válvula do Freio Eletrônico (Electronic Brake Valve – EBV) do tipo 26, que é montada
no lugar da válvula de freio pneumático 26-C.
A Válvula de Freio Eletrônico encontra-se disponível na versão:
Vertical ou lateral
Adequada para instalação no pedestal de controle de tipo AAR.
Figura 3.10 Manipulador vertical ou lateral
A EBV vertical foi projetada para ser encaixada na mesma abertura como a válvula
de freio pneumático 26C.
Horizontal ou frontal (Desktop)
Figura 3.11 Manipulador horizontal ou frontal
O EBV contém:
Os manipuladores para operação dos freios Automático e Independente
O manipulador do freio automático têm as mesmas posições relativas a válvula 26-C
(Alívio (REL), Aplicação Mínima (MIN), Aplicação de serviço (FS), Supressão (SUP),
Punho Fora (HO/CS) e emergência (EMER)), cujas posições são definidas por
encaixes.
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O manipulador do freio independente é contínuo de RELEASE para FULL.
Um mecanismo para ativar o Alívio Rápido.
Uma válvula pneumática atuada a came propaga mecanicamente a inicialização de
uma aplicação de freio de emergência, sob diversos modos de falha, como falha do
computador e perda de alimentação da bateria, quando o manipulador é
movimentado para a posição de EMERGENCY.
A válvula pneumática abre a passagem 21 atuando assim a Válvula Tripla DM,
montada no distribuidor, que fornece um controle de cilindro de freio pneumático.
Pode conter um LCD que exibe a pressão do Reservatório de Equalização.
Este display iluminado dará ao operador a leitura instantânea da pressão-alvo do
Reservatório de Equalização (ER), com base na posição do manipulador do freio
automático e válvula de alimentação ou ajuste da pressão ER de alívio.
A pressão ER exibida no ILC será a pressão real no Reservatório de Equalização, que
diminuirá a taxa de serviço e, eventualmente, estabelecerá o valor alvo de ER.
O display dá ao operador a indicação imediata da quantidade de redução do
encanamento de freio solicitada, sem os atrasos inerentes ao display ILC.
Figura 3.12 Manipulador horizontal ou frontal com display
Conexão com a rede LON distribuída e comunica-se em tempo real com os cinco (5)
módulos eletrônicos inteligentes da Unidade de Controle Eletro Pneumáticos (EPCU).
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3.1.5 Módulo de interface com o operador ou display – OIM
O sistema de freio eletrônico possui uma interface homem-máquina onde as informações
de pressão e de falhas do sistema são apresentadas.
Essa interface em algumas frotas é o módulo OIM, e em outras é o próprio computador
IFC (Integrated Function Computer - Computador de Funções Integradas) da locomotiva e
por consequência os seus displays (IDU).
Figura 3.13 Computador IFC e displays IDU
O dispositivo de Interface para o Sistema Locotrol-EB é um display gráfico com comandos
executados por teclas.
Figura 3.14 Módulo de interface com o operador - OIM
Ele é dividido em duas telas planas monocromáticas na cor âmbar com iluminação
fluorescente que mostram informações do Freio e do Locotrol.
O sistema do Locotrol é controlado por dois grupos de teclas iluminadas tipo push-
bottons no painel frontal do display, abaixo das telas de indicação.
Computador
IFC
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Teclas de up-down controlam a luminosidade das duas telas e uma chave de liga/desliga
e posicionada na parte traseira do display.
A versão CVRD do OIM recebe sinais de satélite tipo GPS (Sistema de Posicionamento
Global) e mostra o posicionamento atual da locomotiva em coordenadas de latitude e
longitude.
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Dinâmica e Frenagem
Ferroviária
4 Freio Eletro Pneumático de Vagões
José Luiz Borba / Mauro Antônio Bergantini
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4.1 Conceitos básicos
Os atuais sistemas de freio funcionam através da transmissão de sinais pelo ar do
encanamento geral.
Esses sinais iniciam na parte frontal do trem e são transmitidos pelo encanamento até a
parte traseira do mesmo.
Por esse motivo haverá sempre um tempo gasto para que essa transmissão ocorra.
Esse tempo é denominado taxa de propagação e ocasiona a frenagem dos vagões em
diferentes instantes, por esse motivo, durante a aplicação dos freios, enquanto alguns
vagões na parte frontal do trem estão freando outros continuam a empurrar a
composição pela cauda.
Já durante o alívio a parte da frente da composição irá puxar a parte traseira que
continuará freada até que o sinal seja recebido pelo último vagão.
Esses cenários costumam gerar choque e forças de tração e compressão nos engates, o
que pode reduzir a vida útil dos mesmos além de consumir energia da composição.
Originalmente desenhadas para utilização em metrôs e trens de passageiros a válvula de
freio eletro pneumática pode ser hoje utilizada em trens de carga.
Sua maior vantagem é o fácil controle de velocidade e rápida atuação dos freios em todos
os vagões de uma composição, possibilitando ao operador um controle instantâneo de
todo o trem.
Outra grande vantagem é o alívio gradual do freio dos vagões, o que não é possível nas
válvulas comuns.
Operação da válvula
Existe um controle eletrônico disponível para o maquinista.
Para alivio ou aplicação do freio basta um toque nos botões do painel até a aplicação
desejada.
A unidade de controle envia a informação a todos os vagões que recebem, interpretam e
liberam ar do reservatório para o cilindro de freio até que a aplicação seja atingida.
Os microprocessadores dos vagões monitoram continuamente a pressão nos cilindro de
freio para garantir a aplicação mesmo com vazamentos mantendo a pressão necessária.
Caso o operador queira aliviar a pressão do cilindro é possível que o alívio seja parcial, e
caso queira aplicar novamente não é necessário aliviar por completo, como ocorre nas
válvulas pneumáticas comuns.
Caso o comando de freio não seja transmitido, o vagão da cauda enviará mensagens com
o status de frenagem.
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Todos os vagões da composição monitoram essas mensagens e se um deles obtiver falha
na recepção por três tentativas o sistema considera que o trem está quebrado ou houve
um problema na transmissão do sinal, e inicia automaticamente uma parada de
emergência.
Fontes de energia
Todos os vagões possuem baterias recarregáveis para prover a alta demanda de energia
dos solenoides.
Quando não estão em uso, as baterias são recarregadas através dos cabos de
transmissão dos vagões.
Para o caso de transmissão via rádio as baterias recarregam através de um gerador que
gera energia através do movimento do vagão.
O sistema de cabeamento usa em torno de 25% da capacidade do sinal para o comando
de freio e status das mensagens.
A Tração Distribuída pode usar entre 10-15%, restando 60-65% da capacidade do sinal
para monitoramentos especiais como sensores de pressão, temperatura e etc..
Novos desenvolvimentos
Futuros desenvolvimentos podem ser utilizados para que o sistema eletrônico seja
também utilizado para diagnóstico do trem, podendo gerar e transmitir informações
como posição dos vagões, “hot boxes”, temperatura, pressões, porta de vagões abertas
entre outros.
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4.2 Sistema de controle de freio EP-60
Sistema de Controle do Freio do Trem EP-60 fornece os seguintes recursos e funções:
Operação constante do encanamento de freio;
Controle de freio simultâneo por todo o trem;
Aplicação e liberação graduada;
Controle de freio proporcional.
Figura 4.1 Sistema de Controle de Freio EP-60
Consiste dos seguintes equipamentos:
Equipamentos das locomotivas;
Equipamentos dos vagões;
Dispositivo auxiliar da extremidade do trem.
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4.2.1 Equipamento da locomotiva
O equipamento da locomotiva constitui uma integração do Sistema de Controle de Freio
EP-60 com o Controlador de Freio Eletrônico CCB II, através da Unidade Head-End (HEU).
Um diagrama de blocos da Unidade Head-End é apresentado na Figura 4.2.
Unidade de
Interface do
Operador
OIU
Controlador de
Comunicações da
Linha do Trem
TCC
Controlador de
freio eletrônico
CCBII
Dispositivo de
Identificação da
Locomotiva
IDM
Fonte de
Alimentação da
Linha do Trem
TPS
Controlador de
Alimentação da
Linha do Trem
TPC
Caixa de
Junção da
Linha do Trem
PLC
FTT
FT
T
FT
T
24
V
24
V
24V
24
V
23
0V
230V
/PLC
74
V
74VBateria da
Locomotiva
Unidade Head-End
Figura 4.2 Diagrama de blocos da Unidade Head-End - HEU
O hardware da Unidade Head-End hospeda o software que gerencia todo o Sistema de
Controle de Freio EP-60, incluindo a integração com o Controlador de Freio Eletrônico
CCB II, e consiste de:
Controlador de Comunicações da Linha do Trem - TCC
O Controlador de Comunicações da Linha do Trem (TCC) fornece a interface entre a
locomotiva principal e o resto do trem para:
Controlar as válvulas de controle
Verificar as condições de funcionamento do trem
Verificação constante dos dados do trem
Diagnóstico de falha do trem
Aplicar e monitorar do EOT
Gerenciar a rede do sistema de comunicações da Linha do Trem.
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O TCC contém um único Computador de Bordo (SBC) e um processador de controle do
freio.
Figura 4.3 Controlador de Comunicações da Linha do Trem – TCC
Controlador de Alimentação da Linha do Trem - TPC
O Controlador de Comunicações da Linha do Trem (TCC) envia comandos para o
Controlador de Alimentação da Linha do Trem (TPC), que controla a Fonte de Alimentação
da Linha do Trem (TPS).
Fonte de Alimentação da Linha do Trem - TPS
A Fonte de Alimentação da Linha do Trem (TPS) converte a voltagem da bateria da
locomotiva em energia para a Linha do Trem de 230 VDC (2.500 Watts máximo) ao
equipamento do vagão.
Figura 4.4 Fonte de Alimentação da Linha do Trem
Além disso, fornece 24 VDC (150 Watts máximo) à Linha do Trem para sequência do
trem.
Unidade de Interface do Operador - OIU
A Unidade de Interface do Operador (OIU) fornece a interface entre o Sistema de Freio EP-
60 e o operador do trem para configuração do trem, exibição dos comandos de freio,
alarmes do sistema e exibição das informações operacionais.
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Figura 4.5 Unidade de Interface do Operador instalada numa locomotiva Dash-9
Inclui um display de comando de freio de três (3) dígitos, um display de condição do trem
de 8 linhas x 40 caracteres, quatro (4) teclas de função, um indicador de condição de
Alimentação na Linha do Trem, um indicador de condição End Off Train (EOT), um
indicador de alarme audível/visual de defeito e um comutador de brilho.
Figura 4.6 Unidade de Interface do Operador – OIU
A OIU faz interface com o Controlador de Comunicações da Linha do Trem para
alimentação e comunicações.
Módulo de Identificação da Locomotiva - IDM
O Módulo de Identificação da Locomotiva (IDM) fica localizado no compartimento de freio
pneumático da locomotiva, dentro da Caixa de Junção Central.
Sua função é armazenar dados específicos da locomotiva que são fornecidos ao TCC
durante o sequenciamento do trem.
Figura 4.7 Caixa de Junção Central
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Cabo da Linha do trem
A rede da Linha do Trem proporciona a comunicação através de um cabo formado por um
único par de fios.
Figura 4.8 Cabo da Linha do Trem
O cabo da Linha do Trem é inicializado na Caixa de Junção Central e finalizado na Caixa
de Junção do último vagão.
Figura 4.9 Interligação do Cabo da Linha do Trem entre vagões
Caixa de Junção da Linha do Trem
Figura 4.10 Caixa de Junção da Linha do Trem
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Na locomotiva, o Cabo da Linha do Trem se estende da Caixa de Junção Central até às
extremidades da locomotiva, onde termina em uma Caixa de Junção da Linha do Trem.
Figura 4.11 Caixa de Junção da Linha do Trem
A Unidade Head-End é integrada ao Controlador de Freio Eletrônico CCB II, que consiste
de:
Válvula de Freio Eletrônico - EBV
A Válvula de Freio Eletrônico (EBV) é a interface homem-máquina para o sistema de freio
CCB II.
Figura 4.12 Válvula de freio eletrônico - EBV
Unidade de Controle Eletro Pneumático - EPCU
Figura 4.13 Unidade de Controle Eletro Pneumático – EPCU
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A Unidade de Controle Eletro Pneumático (EPCU) contém as válvulas pneumáticas que
controlam as linhas pneumáticas do trem na locomotiva.
Módulo do Processador Integrado - IPM
O Módulo de Processador Integrado (IPM) é o computador principal do sistema CCB II.
Figura 4.14 Módulo do Processador Integrado – IPM
Módulo de Interligação dos Relés – RIM
O RIM é um compartimento padrão LSI que contém relés para comutar as linhas elétricas
do trem.
Figura 4.15 Módulo de interligação dos relés - RIM
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Os componentes do equipamento da locomotiva estão localizados conforme mostrado na
Figura 4.16.
Figura 4.16 Localização dos componentes do equipamento da locomotiva
Fonte de
Alimentação
da Linha do
Trem
Caixa de Junção Central e
Módulo de Identificação
da Locomotiva
Controlador de
Comunicação da
Linha do Trem
Caixa de
Junção
Unidade de
Interface do
Operador Válvula de
Freio
Eletrônico
Cabo da Linha
do Trem
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4.2.2 Equipamento do vagão
Um esquemático do vagão EP-60 é apresentado na Figura 4.17.
Figura 4.17 Esquemático do vagão EP-60
Os componentes do equipamento do vagão são:
Válvula de Controle EP-60
A Válvula de Controle EP-60 foi aprovada pela AAR em 2004.
Substitui a Parte de Serviço e pode ser montada diretamente no Suporte de Encanamento
AB.
Possui uma Parte Eletrônica compacta, que não possui placas de circuito impresso, e
possui um mínimo de conectores eletrônicos.
Figura 4.18 Válvula de controle EP-60
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Dispositivo de Controle do Vagão - CCD
O Dispositivo de Controle de Vagão (CCD) é um pacote de controles integrados,
eletrônicos e pneumáticos, o qual faz interface com os equipamentos de freio
convencional e a Linha do Trem de comunicações e alimentação para fornecer controle
eletro pneumático da pressão do cilindro do freio.
Módulo de controle
eletrônico
Módulo eletro
pneumático
Válvula de alívio
manual
Bateria
Figura 4.19 Dispositivo de Controle do Vagão – CCD e seus componentes
Dispositivo de Identificação do Vagão – CID
O Dispositivo de Identificação do Vagão (CID) fornece informações específicas sobre o
vagão ao CCD, que incluem número do vagão, tipo do vagão, peso vazio/carregado e
outros parâmetros pertinentes.
É programada com estas informações no momento da instalação do equipamento.
Figura 4.20 Dispositivo de Identificação do Vagão - CID
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O Dispositivo de Identificação do Carro é incluído como parte da caixa de junção que
também conecta o CCD ao cabo da Linha do Trem através de um conector elétrico.
Caixa de Junção do cabo da Linha do Trem e de vagão a vagão
Os sinais de comunicação e alimentação transmitidos entre a Unidade Head-End (HEU) e
os CCD’s são transmitidas por um cabo de dois condutores.
Figura 4.21 Caixa de Junção do cabo da Linha do Trem
O Cabo da Linha do Trem é instalado em todo o comprimento do vagão e termina em
cada extremidade do vagão em uma Caixa de Junção.
Os cabos inter vagões também são ligados a estas caixas de junção, de modo que todos
os vagões do trem possam ser conectados eletricamente.
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Os componentes do equipamento do vagão estão localizados conforme mostrado na
Figura 4.22.
Figura 4.22 Localização dos componentes do Equipamento do vagão
Cabo da Linha
do Trem
Caixa de
Junção
Caixa de
Junção
Cabo da Linha
do Trem
Dispositivo de
Controle do Vagão
Válvula de
Controle EP-60
Linha
Pneumática
Dispositivo
Vazio/Carregado
Sensor de freio
manual aplicado
Linha
do Trem
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4.2.3 Dispositivo auxiliar da extremidade do trem – AED
O Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem (AED) conecta-se ao conector não
combinado no último vagão do trem.
Figura 4.23 Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem – AED
Figura 4.24 Localização do Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem
Dispositivo
Auxiliar da
Extremidade
do Trem
Antena de RF
Iluminação
Bateria
Conector
entre vagões
Encanamento
de freio
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O AED contém:
Uma unidade de gerenciamento de alimentação;
Bateria;
Um dispositivo de comunicações de transporte da linha de alimentação e circuito
de interrupção.
Suas funções principais são:
Interrupção da linha de comunicação;
Bloqueio de Segurança da Linha do Trem.
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4.2.4 Comunicações da linha do trem
Uma parte integrante do sistema é a Rede de Comunicações Intra-trem.
Esta rede é baseada na tecnologia Lon Works da Echelon Corporation.
As informações de condição e controle do trem são transferidas entre as locomotivas, da
locomotiva ao vagão, do vagão à locomotiva e de vagão para vagão, na forma de pacotes
de mensagem.
Os tipos gerais de mensagens que são transmitidas na Rede de Comunicações Intra-trem
são:
Mensagens de gerenciamento da rede;
Mensagens de composição do trem;
Mensagens de controle do freio;
Mensagens de controle de alimentação;
Mensagens de condição (status);
Mensagens de exceção.
O Sistema de Controle EP-60 suporta todas as mensagens específicas AAR, como
definidas na Especificação S-4230 - Comunicações Intra-trem ECP/AAR.
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4.3 Frenagem do trem
O Sistema de Frenagem EP-60 foi desenvolvido para atender aos requisitos de
desempenho da Especificação S-4200 - Desempenho de ECP da AAR, de modo a fornecer
frenagem uniforme do trem, sem levar em consideração a carga individual de cada vagão.
Na operação normal de frenagem do trem, o Encanamento Geral não é modulado para o
controle de freio do trem.
Tanto na frenagem de serviço, quanto na de emergência, o Sistema de Frenagem EP-60
fornece controle direto da pressão do cilindro do freio em cada vagão para aplicação e
liberação graduada do freio.
Na hipótese de uma falha no Sistema de Controle EP-60, o operador do trem pode
controlar os freios do trem, mudando para o controle convencional, isto é, controlar o
Encanamento Geral.
O controle eletro pneumático da pressão do cilindro do freio é baseado no comando do
freio da Linha do Trem, coeficiente líquido de frenagem desejada, carga do vagão e
outros parâmetros de frenagem do trem.
A Unidade Head-End - HEU da locomotiva interpreta as ações do operador do trem e
controla eletronicamente a Alimentação da Linha do Trem através da Fonte de
Alimentação da Linha do Trem – TPS, que fornece energia e se comunica através da Rede
de Comunicações Intra-trem com:
Cada um dos Dispositivos de Controle do Vagão – CCD, fornecendo os comandos de
frenagem;
O Dispositivo Auxiliar da Extremidade do Trem – AED, que finaliza a linha de
comunicação e transmite uma mensagem de retorno da extremidade do trem à HEU
para estabelecer a integridade da linha do trem.
A alimentação ao equipamento do vagão é fornecida pela Fonte de Energia da Linha do
Trem através dos fios da linha do trem.
A Alimentação da Linha do Trem é utilizada para carregar as baterias do vagão, a qual,
por sua vez, alimenta a parte eletrônica do controle de freio e outras funções do vagão.
Uma interface da Rede da Linha do Trem fornece o link de comunicação entre o vagão e o
resto do trem.
Esta Rede de Comunicações Intra-trem também é utilizada para reportar exceções do
vagão, informações de condições e de diagnóstico.
A Interface do Operador fornece a exibição das informações de condição do trem.
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4.3.1 Inicialização do trem
A inicialização do trem refere-se à parte da operação do sistema durante a qual o trem é
montado: vagão/locomotivas são acrescentados, a AED é colocada na extremidade do
último vagão, a linha do trem é alimentada e os vagões/locomotivas são identificados e
configurados.
Como parte da composição do trem, o sistema tem determinada responsabilidade relativa
à operação eletro pneumática para assegurar que determinados requisitos de segurança
sejam atendidos e que o sistema esteja pronto para operação normal.
Estas responsabilidades incluem, mas não estão limitadas a, o seguinte:
Lógica de alimentação da linha do trem para evitar alimentação prematura (Bloqueio
de Segurança da Linha do Trem);
Detectar, automaticamente, vagões/locomotivas e executar a sequência do trem
para determinar a ordem de vagões na composição (Configuração do Trem);
Detectar e selecionar, automaticamente, a direção da locomotiva;
Descarregar informações de configuração, tais como, condição de vazio/carregado,
condição da alimentação, Principal/Rebocado, etc.
Observação
Em 31 de agosto de 1999, a tecnologia de sequência do trem da NYAB foi selecionada
pela AAR como Padrão AAR.
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4.3.2 Bloqueio de segurança da linha do trem
O recurso de Bloqueio de Segurança da Linha do Trem não permite que a alimentação da
Linha do Trem seja energizada quando o trem não está completamente formado, isto é,
todos os vagões/locomotivas foram engatados, todos os cabos conectados, e um AED foi
acoplado ao conector livre do cabo da Linha do Trem no último vagão.
O Bloqueio de Segurança da Linha do Trem é controlado pela HEU e AED, o qual também
atua como finalizador do canal de comunicações da Linha do Trem.
Uma vez conectado à Linha do Trem e ligado, o AED começa a transmitir a cada segundo
um sinal “EOT Ativo” para a HEU da locomotiva.
Ao receber a mensagem "EOT Ativo", a HEU entende que todos os vagões/locomotivas no
trem foram conectados e que a integridade do trem foi estabelecida.
A HEU passa a transmitir uma mensagem ao Controlador de Alimentação da Linha do
Trem para ativar a Alimentação da Linha do Trem.
Quando o AED confirma que a Alimentação da Linha do Trem está ativa, transmite uma
mensagem de retorno "Alimentação da Linha do Trem ON” à HEU para completar o
processo de alimentação.
Se a HEU perder a comunicação com o AED, transmitirá uma mensagem ao controlador de
energia da Linha do Trem para interromper a Alimentação na Linha do Trem.
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4.3.3 Varredura manual
Há recursos embutidos no sistema para parada manual da Fonte de Alimentação da Linha
do Trem para fins de teste ou na hipótese de uma falha de tal função.
A alimentação/energia na Linha do Trem pode ser interrompida manualmente através da
Fonte de Alimentação da Linha do Trem, ou selecionando-se o modo OFF (desligado) na
tela de configuração do trem na Unidade de Interface do Operador.
Durante a operação de Run and Switch (Executar e Mudar), o Bloqueio de Segurança da
Linha do Trem é desativado durante alguns segundos, para permitir que a Linha do Trem
seja alimentada sem ter um dispositivo EOT conectado, para "acordar" o CCD.
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4.3.4 Configuração do trem
Antes de compor o trem, a HEU não tem conhecimento a priori de quais locomotivas ou
vagões rebocados estarão na composição, nem sua ordem.
A HEU tem a capacidade de obter, de forma automática, uma lista completa do trem
ordenado.
Todos os vagões/locomotivas precisam ser conectados através do cabo da Linha do Trem
e do acoplamento da mangueira pneumática.
O AED precisa ser conectado e estar se comunicando e a Linha do Trem deve ser
alimentada.
Quando estes critérios são atendidos, a Configuração do Trem prosseguirá da seguinte
forma:
A HEU reunirá as informações básicas de identificação de todos os dispositivos no
canal da linha do trem, incluindo CCD’s, HEU’s e acessórios de alimentação da Linha
do Trem.
Isto fornece à HEU uma lista da estrutura do trem, desordenado, que pode ser
utilizada para obter informações completas de configuração para cada dispositivo e
seus componentes.
Ao utilizar a lista do trem e as informações de identificação associadas obtidas do
procedimento anterior, a HEU reunirá e, se necessário, reconfigurará, todas as
informações de configuração/tempo de execução de cada dispositivo (e seus
componentes) na lista.
Uma vez que o trem tenha sido configurado, o Banco de Dados do Trem estará
completo, mas desordenado.
Todas as informações necessárias da composição estarão presentes, mas a lista não
refletirá, de forma exata, a ordem física dos vagões no trem.
Como passo final na preparação do Teste de Terminal, o sistema empreenderá um
procedimento para determinar a ordem física exata dos vagões; este processo é
referido como Sequência do Trem.
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4.3.5 Comandos de frenagem
Durante a operação normal do sistema, a HEU da locomotiva transmite o comando de
frenagem do trem (TBC) aos vagões/locomotivas, em uma frequência de 1/segundo.
O comando do freio é uma mensagem de prioridade e é expressa como um percentual da
pressão total no cilindro do freio de serviço.
O comando do freio do trem é determinado pela solicitação de frenagem do operador do
trem, correspondendo ao seguinte:
0% = Alívio
10% = Serviço mínimo
11-99% = Serviço
100% = Serviço total
120% = Emergência
O comando do freio do trem é recebido em cada CCD e utilizado para determinar a
quantidade de pressão no cilindro do freio do vagão com base na carga do vagão e
outros parâmetros de frenagem.
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4.3.6 Registro de dados
O Sistema de Controle EP-60 inclui o recurso de registro de dados, que proporciona
capacidades abrangentes de diagnóstico.
O registrador de dados armazena em memória não volátil, tanto no vagão, quanto na
locomotiva, informações significativas que ocorrem durante a operação do sistema, do
tipo:
Evento Qualquer modificação na operação do sistema, que possa ser desejável
reportar e/ou registrar para consulta futura.
Exceção Um evento relacionado com operação anormal do sistema.
Defeito Uma exceção que está relacionada com uma possível falha do
equipamento.
Falha O resultado de um ou mais defeitos indicativos de que um componente
do sistema precisa ser reparado ou substituído.
As exceções de nível de vagão são reportadas à locomotiva onde são registradas.
Cada registro inclui a descrição, a hora, a data da ocorrência e os dados do sistema.
É registrado e retido um mínimo de 2.000 informações significativas, num formato
adequado para importação em um programa de planilha, como o Excel da Microsoft.
Estes dados podem, posteriormente, ser transferidos para um PC para análise.
Além disso, as informações estatísticas sobre a operação do sistema é acumulada.
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A tela Windows Datacord 5200 da Figura 4.25, mostra o registro de eventos/transferência
de rádio nas Operações da QCM (Canadá) de um trem EP-60.
Figura 4.25 Tela Windows Datacord 5200
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4.4 Controle de freio do trem ECP
O sistema de Controle de Freio do Trem ECP controla os modos operacionais do esforço
de tração das locomotivas em tração distribuída e a frenagem eletrônica do trem, através
do:
Controle de Freio do Trem Wire EP-60
Controle de Tração WireDP (Wire Distributed Power)
Figura 4.26 Controle de freio do trem ECP
Os comandos para controle de tração são dados pelo controlador mestre da locomotiva
líder, convertidos para comandos da Linha de Trem e fornecidos a locomotiva remota
através da rede de comunicações da Linha do trem.
Os comandos da frenagem eletrônica do trem são dados na locomotiva líder através do
EBV do CCB II e convertidos para comandos da Linha do Trem.
Os vagões e as locomotivas rebocados recebem os comandos e respondem com a
resposta local adequada para o esforço de freio e tração na unidade remota.
O sistema também fornece informações sobre a condição das locomotivas e vagões
rebocados para fins de exibição e monitoramento.
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4.4.1 O sistema WireDP
O sistema WireDP permite ao maquinista do trem controlar e receber feedback das
locomotivas remotas.
O WireDP fornece controle direto da direção da locomotiva remota e controles de
desaceleração.
O esforço de tração é baseado na direção da linha do trem e comandos de desaceleração.
A HEU/DP principal fornece interface do usuário e emite comandos para todas as
locomotivas remotas no trem.
As locomotivas remotas recebem comandos e fornecem informações de feedback de
condição à HEU/DP principal.
Durante a operação normal do sistema, a HEU/DP, da locomotiva principal, transmite os
comandos de esforço de tração do trem às locomotivas remotas em uma frequência de
1/segundo.
O comando de tração é uma mensagem de prioridade e é expressa como um percentual
de esforço de tração máxima.
Valores negativos denotam freio dinâmico.
O comando de esforço de tração é recebido em cada HEU/DP remota e utilizado para
determinar a direção e comando de desaceleração para a composição de locomotiva
remota, bem como outros comandos necessários.
O comando de esforço de tração do trem é determinado pela solicitação do operador do
trem, correspondendo ao seguinte:
O Sistema de Controle EP-60 inclui capacidades abrangentes de diagnóstico.
WireDP:
Controle de Direção;
Controle do Freio Dinâmico/Desaceleração;
Segurança
Bloqueio de Segurança de Alimentação da Linha do trem;
Suporte Pneumático;
Diagnóstico e Manutenção
Diagnóstico no Nível de Locomotiva, Carro e Trem;
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Sequência e Identificação Automática da Composição do Trem (a técnica da NYAB foi
recentemente estabelecida como Padrão AAR);
Atualizações de Software através de Compatibilidade de Transferência na Rede;
O sistema atenderá a todos os requisitos de interoperabilidade e Especificações
AAR;
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Dinâmica e Frenagem
Ferroviária
5 Dinâmica da Frenagem
José Luiz Borba / Mauro Antônio Bergantini
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5.1 Introdução
Sob certas condições da via, principalmente de tangente e de rampa descendentes, a
força de tração aplicada ao eixo das rodas da composição é substituída por uma força
de inércia .
e
R
Fi
Fr
Sentido de movimento
Ci Cr
Fa -Fi
Pa
N
c
Figura 5.1 Força de inércia
Apesar de suprimido o esforço trator na roda, esta continua a avançar com velocidades
fora dos limites estabelecidos pela ferrovia, pois está submetida a um conjugado
devido à força de inércia igual a:
Força de aderência;
Coeficiente de aderência;
Peso aderente do veículo;
Raio da roda.
Nessas situações o maquinista é obrigado a aplicar os freios que fazem reduzir a
velocidade, ou até mesmo parar o trem.
Sempre que as condições permitirem, e se houver disponibilidade de espaço e de tempo,
deve-se tirar partido da resistência do trem para desacelerá-lo.
Neste caso, a potência da locomotiva deve ser reduzida de um modo controlado, a fim de
evitar que o trem empurre a locomotiva.
Se a parada do trem acontecer em uma rampa ascendente, a desaceleração pode ser
auxiliada com o uso do freio independente ou do freio dinâmico.
Isto requer perícia do maquinista a fim de evitar choques internos na composição.
Quando se pretende frear uma composição, significa aplicar ao eixo das rodas uma força
, que somada à força devida a resistência ao movimento do trem , se oponha à força
produzida pela inércia .
Essa força pode ser obtida pelo atrito entre a sapata de freio e a superfície de rolamento
da roda.
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-FiFa
Sapata de freio
eCi
R
Fi
Sentido de movimento
FrN
Pa
Cr
Ff
CF FF
c
Figura 5.2 Força de frenagem
Aplicada radialmente, a força comprime a sapata de freio contra a roda, produzindo
uma força de atrito entre a sapata de freio e a superfície de rolamento da roda.
A força , tangencial à roda, pode ser calculada pela expressão:
Coeficiente de atrito entre sapata de freio e o aro da roda;
Força de frenagem real.
As leis do atrito aplicadas à frenagem, estudadas experimentalmente por Douglas Galton
em 1879 e confirmadas mais recentemente, são:
1a
lei - Se a velocidade relativa das superfícies de contato se mantiver constante:
A força de atrito variará no mesmo sentido da força aplicada à sapata de freio,
apesar da ação retardadora do freio.
2ª lei - Se o esforço aplicado às sapatas permanecer constante:
O coeficiente de atrito aumenta quando a velocidade relativa das superfícies de
contato diminui;
Inversamente, o coeficiente de atrito diminui quando a velocidade relativa
aumenta.
3a
lei - Se a velocidade relativa das superfícies de contato permanecer constante e a
força aplicada à sapata também permanecer constante:
O coeficiente de atrito diminuirá à medida que aumentar o tempo de aplicação
da força nas sapatas.
4a
lei - Se o esforço aplicado às sapatas permanecer constante:
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O coeficiente de atrito decresce em função da duração da aplicação, mas
aumenta em seguida, rapidamente, sob influência de diminuição da velocidade
relativa das superfícies de contato.
A força de atrito desenvolve o conjugado aplicado à roda de raio :
Por sua vez, o conjugado aplica uma força igual à ao eixo da roda, que também se
opõem à força produzida pela inércia do trem, fazendo retardar seu movimento.
O conjugado retardador, que vai parar o trem, é:
Da expressão do conjugado retardador e pelas leis de Galton, temos que:
Durante a frenagem, a força aplicada na sapata de freio deve ser o mais intensa
possível sem, no entanto, produzir a imobilização da roda.
Se durante a frenagem o conjugado retardador superar o conjugado de inércia, isto é:
a roda será imobilizada e deslizará sobre o trilho.
Nessa situação, teremos apenas o atrito de deslizamento da roda sobre o trilho, que é
inferior ao atrito da sapata de freio sobre a superfície de rolamento da roda.
A aderência entre as rodas e os trilhos diminui consideravelmente e o veículo tende a
deslizar sobre os trilhos, fugindo ao controle dos freios.
O travamento produz defeitos térmicos na roda e a formação de calos na superfície de
rolamento da mesma, o que deve ser evitado, pois não só ocasionam ruídos incômodos e
trepidações, como são dispendiosos de remover e encurtam grandemente a vida das
rodas.
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Figura 5.3 Calo de roda
Com a roda em movimento, ainda contaremos com o atrito de rolamento da roda sobre o
trilho, que constituirá em mais uma força retardadora.
Quanto mais atrito de rolamento houver entre a roda e o trilho, tanto mais depressa o
veículo irá parar.
Para que a roda continue a girar, enquanto o trem estiver em movimento durante a
frenagem, devemos ter o conjugado retardador menor que o conjugado de inércia, ou
seja:
isto é,
ou
Sendo,
podemos escrever:
de onde podemos concluir que a força tangencial à roda, criada pelo atrito da sapata
sobre a superfície de rolamento da roda, não deve assim ultrapassar a força tangencial
contrária criada pela aderência da roda ao trilho.
Substituindo as expressões das forças na desigualdade acima, temos;
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ou,
A força aplicada sobre a sapata de freio poderá ser tanto maior, quanto maior for o
coeficiente de aderência e quanto mais carregada estiver a roda.
É desejável que a força aplicada à sapata seja reduzida quando a velocidade
diminuir.
A variação do coeficiente de atrito entre a sapata de freio e a superfície de rolamento da
roda, em função da velocidade do trem, cria problemas, que podem ser amenizados pela
variação do esforço sobre a sapata à medida que a velocidade diminui.
Essa variação pode ser obtida com a ação do maquinista ou automaticamente nos freios
eletro/eletrônicos modernos.
Outro recurso utilizado é a limitação do esforço na sapata, de tal modo que, mesmo em
baixa velocidade, se tenha a desigualdade estabelecida acima.
O coeficiente de atrito entre a sapata e a superfície de rolamento da roda diminui
com o tempo de aplicação.
A redução do coeficiente de atrito é negligenciável nas frenagens rápidas.
Portanto, o máximo de esforço deve ser aplicado o mais rapidamente possível e
uniformemente em todas as rodas do trem.
O controle da velocidade durante a frenagem deve ser realizado com muita perícia pelo
maquinista, a fim de evitar choques na composição e até mesmo os descarrilamentos.
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5.2 Força de frenagem
O conjunto de alavancas da timoneria de freio produz a força líquida de frenagem ou
força líquida das sapatas de freio, dada pela expressão:
Força transmitida pelos cilindros
Relação total de alavancas
Rendimento da timoneria
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5.2.1 Força transmitida pelos cilindros
A força transmitida pelos cilindros de freio é proporcional a pressão aplicada e a
área do pistão, isto é:
Pressão no cilindro de freio;
Área do pistão do cilindro de freio.
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5.2.2 Relação Total de alavancas
Na Figura 5.4 podemos observar um diagrama esquemático da timoneria de freio de um
vagão, em que é mostrado o sentido de movimentação das alavancas de força (alavancas
vivas), ligadas ao tirante da timoneria.
Truque 1
Fs
Fs
Truque 2
Fs
Fs
Fc
a
b
ma
mb
c
d
md
mcnc
nd
nc
nd
F2
F1
Cilindro
de freio
Ajustador de folga
Sapata
de freio
Triângulo
Barra de
compressão
Triângulo
Sapata
de freio
força aplicada às alavancas do truque 1 braço de alavanca
força aplicada às alavancas do truque 2 braço de alavanca
força do cilindro de freio braço de alavanca
força das sapatas braço de alavanca
Figura 5.4 Esquemático da timoneria de freio de um vagão
Observação
A relação de nenhuma alavanca individualmente deve ser maior que 4:1.
A multiplicação para um par de sapatas é igual a:
Pelo diagrama da Figura 5.4, temos:
e
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logo
Tem-se que a relação total de alavancas é igual a 4 vezes o valor que dá a
multiplicação de um par de sapatas, uma vez que a relação correspondente a cada truque
é igual, e a cada rodeiro também, logo:
A relação total de alavancas é o número que exprime a multiplicação total da
timoneria de freio do vagão.
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5.2.3 Rendimento da timoneria
O rendimento da timoneria dos freios dos vagões situa-se na casa de 60% a 70%, com o
valor de 65% sendo adotado nos cálculos de frenagem.
A ABA indica uma eficiência de 75% para os cálculos de freio das locomotivas com
cilindros instalados nos truques.
Na prática, esta eficiência se situa geralmente entre 55% e 75%.
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5.2.4 Exemplo
Seja um vagão com as seguintes características:
Pressão no cilindro de freio = 4,5 kgf/cm2
( 64 psi );
Área do pistão = 506,7 cm2
, para um cilindro de 10” ou 25,4 cm de diâmetro;
Multiplicação para um par de sapatas = 2,9:1;
Eficiência da timoneria = 65%;
Número de cilindros de freio no vagão = 1.
Calcule a força de retardamento produzida pelo seu sistema de freios.
A força transmitida pelos cilindros de freio é:
A relação total de alavancas é o número que exprime a multiplicação total da
timoneria de freio do vagão, isto é:
A força líquida de frenagem será de:
Supondo um coeficiente de atrito da sapata-roda de 30%, a força de retardamento do
vagão é de:
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5.3 Taxa de frenagem
A taxa de frenagem é o resultado da divisão da força de frenagem pelo peso do veículo.
Exprimindo a taxa de frenagem em porcentagem chega-se a:
O cálculo da frenagem nesse caso é elaborado a partir da taxa de desaceleração adotada
pela operadora, que a estipula em função do desempenho operacional planejado e do
conforto e segurança do usuário.
As pressões nos cilindros de freio não são, portanto, pré-determinadas, variando em
função do:
Peso do veículo;
Tipo de timoneria;
Sistema de freio adotado.
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5.3.1 Exemplo
Para um vagão de 100 t de massa a frear e uma taxa de desaceleração estipulada em
0,77 m/s2
, tem-se, pela lei de Newton, que a força de retardamento é igual ao produto da
massa pela desaceleração:
A força de frenagem correspondente, para um coeficiente de atrito sapata-roda de 30%,
será de:
gerando uma taxa de frenagem de:
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5.3.2 Taxa de frenagem dos vagões
Os vagões devem seguir certas normas para que a força de retardamento ao longo do
trem, isto é, a frenagem do trem, seja tão uniforme quanto possível.
As recomendações da AAR para as taxas de frenagem são as mostradas na tabela
seguinte.
Tabela 5.1 Taxas de frenagem recomendadas pela AAR
Condição do veículo Antiga recomendação Recomendação atual
Carregado 11,52% 8,32%
Vazio 57,60% 38,4%
Freio de mão 1,5 fF 0,11 vP
As pressões estabelecidas pela AAR são de 70 psi no encanamento geral e 50 psi no
cilindro de freio, em uma aplicação total de serviço, isto é uma redução de 20 psi.
Essas pressões, no entanto, só devem ser usadas se o trem trafegar sempre em terrenos
planos.
Como a maioria das ferrovias brasileiras trafega em terrenos acidentados, passaram a
adotar valores mais rigorosos, com pressões de 90 psi no encanamento geral e 64 psi no
cilindro de freio, com uma aplicação total de serviço de 24 a 26 psi.
Esses níveis de pressão mais rigorosos evidentemente proporcionam mais segurança na
operação, pois o sistema dispõe de mais ar para a aplicação dos freios.
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5.3.3 Taxa de frenagem das locomotivas
A AAR recomenda as seguintes taxas de frenagem, considerando 50 psi nos cilindros de
freio e um rendimento apenas de 75% da timoneria:
Freio automático – aplicação de serviço – ;
Freio independente – .
Também nesse caso, os valores de pressão de encanamento geral e no cilindro de freio
foram corrigidos para 90 psi e 60 psi respectivamente.
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5.3.4 Exemplo
Seja um vagão com as seguintes características:
Pressão no cilindro de freio = 3,515 kgf/cm2
( 50 psi );
Área do pistão = 506,7 cm2
, para um cilindro de 10” ou 25,4 cm de diâmetro;
Multiplicação para um par de sapatas = 2:1;
Eficiência da timoneria = 65%;
Número de cilindros de freio no vagão = 1;
Peso do vagão carregado = 100.000 kg;
Peso do vagão vazio = 20.000 kg.
Calcule a força de retardamento produzida pelo seu sistema de freios.
Se a relação entre as dimensões “a” e “b” da alavanca do cilindro de freio da Figura 5.4 é
igual a 1, a força transmitida pelos cilindros de freio é de:
A relação total de alavancas é o número que exprime a multiplicação total da
timoneria de freio do vagão, isto é:
A força líquida de frenagem será de:
Teremos as seguintes taxas de frenagem:
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Comparando esses valores com os recomendados, constatamos que a percentagem de
46,3% excedeu o valor máximo que é de 38,4%, e que a percentagem de 9,3% também
excede o limite de 8,32%.
Portanto, devemos modificar o projeto do truque de modo a ficar com todos os valores
dentro do estabelecido pela norma.
Se alterarmos de 1 para 0,818 a relação entre as dimensões “a” e “b” da alavanca do
cilindro de freio da Figura 5.4, a força transmitida pelos cilindros de freio é de:
A força líquida de frenagem será de:
e as seguintes taxas de frenagem:
que atendem à norma.
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Dinâmica e Frenagem
Ferroviária
6 Manuseio dos Trens
José Luiz Borba / Mauro Bergantini
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6.1 Introdução
Um trem é um sistema complexo que pode reagir de diferentes maneiras durante a sua
operação.
Os tipos de reações dependem de muitos fatores como:
Disposição dos vagões no trem;
Composição do trem;
Comprimento do trem;
Perfil da linha;
Condições do tempo;
Condição do vagão – vazio/carregado;
Velocidade do trem;
Características das locomotivas.
É seguro afirmar que devido à diversidade das variáveis apresentadas, não existem 2
(dois) trens que apresentem características idênticas, condicionando o operador do trem
a adequar sua condução às especificidades que cada trem oferece.
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6.2 Recomendações na operação dos freios
O Manípulo do Freio Automático deve permanecer sempre na posição de Marcha, salvo
quando se desejar parar o trem ou diminuir a sua velocidade.
Para evitar que não haja alívio indesejado do trem por desequilíbrio de pressão, o
maquinista não poderá movimentar e/ou engatar as locomotivas na composição com o
Manípulo do Freio Automático fora da posição de Alívio.
Nos casos de manobras com locomotivas escoteiras também não é permitido a
movimentação destas com o Manípulo do Freio Automático fora da posição de Alívio ou
Marcha.
Quando o maquinista coloca o Manipulador do Freio Automático na posição de Redução
Mínima, automaticamente corta o abastecimento do encanamento geral, o que não é
recomendável, principalmente se o trem ainda não estiver totalmente carregado.
O crescimento da pressão nos cilindros de freio dos vagões depende do tipo do
equipamento usado, do comprimento do encanamento geral e da intensidade da redução
da pressão do encanamento geral.
O manipulador do Freio Automático 26-C é utilizado para frear os vagões da composição
e as locomotivas, caso não esteja sendo utilizado simultaneamente o freio dinâmico.
O efeito do freio dinâmico no trem é semelhante ao do freio a ar Independente da
locomotiva no qual o esforço de frenagem é aplicado somente à locomotiva.
O maquinista precisa efetuar uma boa avaliação ao acionar e regular o freio dinâmico,
porque durante a utilização da frenagem dinâmica, passam a atuar 3 forças:
Força de Compressão
Resulta do esforço retardador gerado nas locomotivas com o uso do freio dinâmico.
Força Sobre Engates Encolhidos
Resulta da compressão continuada dos engates devido à utilização do freio
dinâmico durante as reduções e paradas dos trens nas descidas de rampas.
Forças de Compressão
As forças de compressão são resultantes dos impactos severos resultantes da
brusca modificação da situação dos engates, que passam da condição de esticado a
comprimido, em decorrência do rápido acúmulo de forças retardadoras nas
locomotivas.
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A aplicação do freio dinâmico deverá ser suave e gradual para prevenir um brusco
movimento da folga entre os engates, de maneira a evitar excessivas forças de
compressão, que poderiam resultar em danos à via, ejetar e/ou descarrilhar vagões
leves, queimar os resistores de grade do freio, gerar choques elevados de
compressão.
A perícia do maquinista para usar o freio dinâmico requer:
Redução de potência da locomotiva antes em frenagem dinâmica;
Manipulação do freio da composição até trazer o trem a uma velocidade compatível
com a rampa;
Manipulação combinada dos freios a ar e elétrico.
Há duas maneiras de se usar o freio dinâmico em conjunto com o freio a ar, dependendo
das condições da linha:
Se for desejado encolher o trem, o maquinista primeiro aplica o freio dinâmico e
depois o freio a ar;
Se for desejado esticar o trem, o maquinista deve fazer uma aplicação mínima,
intensificando-a até conseguir a velocidade controlada, só então aplica o freio
dinâmico.
Se a velocidade estiver sob controle, a aplicação do freio a ar deverá ser mantida.
Se a velocidade cair muito, o maquinista pode aliviar os freios da composição e
deixar que o freio dinâmico controle a velocidade do trem.
Se a velocidade tender a aumentar para além dos limites, o maquinista volta a
aplicar os freios da composição, porém em uma intensidade inferior à inicial.
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6.3 Partida de um trem
Na técnica de operação de trens, a partida de um trem consiste em dar início ao
movimento do trem até ele atingir velocidades dentro dos limites estabelecidos pela
ferrovia, dentro das normas de segurança, procurando ao mesmo tempo, evitar danos e
desgastes ao equipamento.
Este tipo de operação deve resultar numa marcha controlada, sem choques na
composição e sem perigo de o trem escapar ao controle do maquinista.
As folgas dos engates ajudam um trem pesado na partida, permitindo que cada vagão
seja puxado individualmente.
Contudo, este recurso somente deve ser usado se necessário.
O maquinista deve sentir o trem tentando partir com o trem esticado.
Se conseguir sem forçar a locomotiva, não deve permitir o encolhimento do trem, mas
sim procurar esticá-lo.
Isto é conseguido através de manipulação do freio e da tração da locomotiva.
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6.3.1 Trecho em nível
Sentido de deslocamento
0,0% 0,0%
1. Coloque o punho do manipulador de freio automático na posição de Alívio ou
Marcha.
2. Após aliviar os freios no trem inteiro, avance o acelerador para Ponto 1.
3. Lentamente alivie a ação do freio independente.
a. Se o trem entrar em movimento, mantenha a velocidade de partida das
locomotivas baixa e uniforme, em torno de 2 km/h, com a ação do freio
independente, até que todo o trem esteja em movimento
b. Se o trem não entrar em movimento, avance lentamente o acelerador.
Se o trem não se movimenta após o acelerador avançar até o Ponto 4, retorne o
acelerador para a posição Idle, aplique o freio independente, e determine a causa
que está impedindo o movimento do trem.
4. Após todo o trem entrar em movimento, verifique se a amperagem nos motores de
tração ou os níveis de esforço de tração estão diminuindo.
5. Se esses níveis estão diminuindo, avance o acelerador para a próxima posição
superior.
6. Se o medidor de carga indicar níveis elevados de corrente, limite o acelerador a
posição mais baixa possível para evitar forças de tração mais elevadas do que
poderão resistir os engates.
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6.3.2 Trecho em rampa ascendente
Sentido de deslocamento
0,50%
0,50%
1. Avance o acelerador para Ponto 1.
2. Coloque o punho do manipulador de freio automático na posição de Alívio ou
Marcha.
O alívio rápido dos freios causa o alívio dos freios no trem inteiro, e a parte traseira
começa a rolar para trás enquanto a parte da frente anda para frente, o que
facilmente pode causar a quebra do trem.
3. Reduza a ação do freio independente.
4. À medida que os freios vão sendo liberados no sentido da cauda do trem, avance o
acelerador para Ponto 2 ou superior na tentativa de iniciar o movimento de trem.
Os trens de grande tonelagem exigirão posições mais altas do acelerador, a fim de
manter o trem esticado, impedindo que a locomotiva se desloque para trás, contra o
trem, reduzindo a folga entre os vagões.
O encolhimento do trem não é um método recomendado para partir um trem de
grande tonelagem ou em rampas de inclinação acentuada.
Um nível de inclinação é considerado acentuado se for igual ou superior a 1%.
5. Reduza lentamente a ação do freio independente até que ele seja totalmente liberado.
6. Após o trem começar a se mover, verifique se a amperagem ou níveis de esforço de
tração estão diminuindo.
7. Se esses níveis estão diminuindo, avance o acelerador a próxima posição superior.
8. Se o medidor de carga indicar níveis elevados de corrente, limite a posição do
acelerador no necessário para evitar forças de tração mais elevadas do que poderão
resistir os engates.
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Se acorrente se tornar extrema, aplique o freio automático, reduza o acelerador para
a posição Idle, aplique o freio independente, a fim de manter o trem no nível de
inclinação, e em seguida determine as causas que impedem a partida do trem.
Observação
Se o trem não se movimenta:
a. Não mantenha o acelerador em posição de potência por mais tempo do que o
necessário, pois isto provocará danos aos motores de tração.
b. Deverá ser considerada a hipótese de uso de locomotivas em auxilio a tração,
preferencialmente pela cauda, a fim de impedir uma possível ruptura da
composição devido ao esforço de tração exercido pelas locomotivas durante a
partida.
O encolhimento do trem não é um método recomendado para partir um trem de
grande tonelagem ou em rampas de inclinação acentuada.
Um nível de inclinação é considerado acentuado se for igual ou superior a 1%.
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6.3.3 Trecho em rampa descendente
Sentido de deslocamento
- 0,50%
- 0,50%
1. Certifique-se que o freio independente está plenamente aplicado.
2. Coloque o punho do manipulador de freio automático em posição de Alívio ou
Marcha para ajustar a folga do trem.
3. Após o alívio dos freios no trem inteiro, reduza gradualmente a ação do freio
independente até que o trem comece a se mover, a fim de evitar um possível
deslizamento das rodas da locomotiva.
4. Uma vez que o trem inteiro está se movendo, reduza progressivamente o freio
independente para evitar mudanças bruscas na folga.
5. Dependendo do perfil do trecho, aplique o freio dinâmico e, à medida que o freio
dinâmico se torne eficiente, alivie gradualmente o freio independente.
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6.3.4 Trecho em rampa ascendente com movimento a ré
Sentido de deslocamento
0,50%
0,50%
1. Alivie o freio automático e aguarde que todos os freios do trem sejam aliviados para
ajustar a folga.
2. Reduza o freio independente e use a posição do acelerador mais baixa possível para
iniciar o movimento.
3. À medida que a velocidade aumenta, continue a reduzir o freio independente até que
ele seja totalmente aliviado.
4. Se notar um aumento significativo do medidor de carga ou velocidade do trem
diminuir sem uma mudança na posição do acelerador, pare imediatamente e
determine a causa.
5. Leve em consideração a ocorrência de forças de compressão elevadas na cabeça do
trem.
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6.3.5 Trecho em rampa descendente com movimento a ré e com trem
esticado
Sentido de deslocamento
- 0,50%
- 0,50%
1. Certifique-se de que o freio independente está plenamente aplicado.
2. Coloque o punho do manipulador de freio automático em posição de Alívio ou
Marcha para ajustar a folga do trem.
3. Após o alívio dos freios no trem inteiro, reduza gradualmente a ação do freio
independente até que o trem comece a se mover, a fim de evitar um possível
deslizamento das rodas da locomotiva.
4. Se o trem não entrar em movimento por si mesmo, aumente progressivamente o
ponto do acelerador até atingir uma aceleração suficiente para que a locomotiva
comece a se movimentar.
5. Se estiver disponível, aplique o freio dinâmico e, à medida que o freio dinâmico for se
tornando eficaz, alivie gradualmente o freio independente.
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6.3.6 Trecho em rampa descendente com movimento a ré e com o trem
encolhido
Sentido de deslocamento
- 0,50%
- 0,50%
1. Reduza o freio independente em 50% para permitir que a locomotiva comece a se
movimentar com o trem encolhido.
2. Alivie o freio automático e espere que todos os freios do trem sejam aliviados
3. Ajuste a folga do trem.
4. Continue a reduzir gradualmente o freio independente, até que o trem comece a se
mover.
5. Se estiver disponível, aplique o freio dinâmico e, à medida que o freio dinâmico for se
tornando eficaz, alivie gradualmente o freio independente.
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6.4 Parada de um trem
Na técnica de operação de trens, a parada de um trem consiste em controlar sua
velocidade dentro dos limites estabelecidos pela ferrovia até a parada total do trem em
qualquer ponto da via, dentro das normas de segurança, procurando ao mesmo tempo,
evitar danos e desgastes ao equipamento, inclusive aos rodeiros e as sapatas de freio.
Este tipo de operação deve resultar numa marcha controlada, sem choques na
composição e sem perigo de o trem escapar ao controle do maquinista.
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6.4.1 Trecho em rampa descendente com auxílio do freio dinâmico
Sentido de deslocamento
- 0,80%
- 0,80%
1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição
de Marcha Lenta (IDLE).
2. Aguarde um intervalo mínimo de 10 segundos em marcha lenta.
3. Coloque a alavanca do freio dinâmico na posição “set up” durante pelo menos 10
segundos.
4. Aumente gradualmente a ação de frenagem dinâmica a fim de provocar um
encolhimento gradativo do trem, até atingir o nível desejado de frenagem.
5. Quando o freio dinâmico já tiver sido aplicado dentro da metade a três quartos da
sua capacidade disponível, a uma distância suficiente da parada, execute uma
redução mínima pelo manipulador de freio automático de 6 a 8 psi.
6. Alivie o freio independente após cada aplicação de freio automático.
7. Execute pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, caso a redução mínima não seja
suficiente para garantir a redução de velocidade desejável, observando os limites de
amperagem na modulação do freio dinâmico.
8. À medida que a velocidade for decrescendo até cerca de 10 km/h ou menos,
complemente a perda de eficiência do freio dinâmico com o acionamento do freio
independente, até 15 psi, a fim de evitar que as locomotivas e os primeiros vagões
estiquem.
9. Mantendo ainda o trem encolhido através do freio independente, alivie totalmente o
freio dinâmico e aplique totalmente o freio independente.
A aplicação do Freio Independente deverá ser sempre suave e gradual para evitar o
rápido acúmulo de compressão nos vagões adjacentes à locomotiva que poderá gerar
choques de compressão elevados.
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Estes choques originados na cabeça do trem tenderão a crescer se houver uma
combinação de aplicação brusca do Freio Independente com a redução de velocidade
inadequada para a desaceleração total ou parcial do trem.
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6.4.2 Trecho em rampa descendente sem auxílio do freio dinâmico
Sentido de deslocamento
- 0,80%
- 0,80%
1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição
de Marcha Lenta (IDLE).
2. Aguarde a folga se ajustar.
3. A uma distância suficiente do ponto de parada, execute uma redução mínima pelo
manipulador de freio automático de 6 a 8 psi, para manter a folga ajustada.
4. Execute pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, caso a redução mínima não seja
suficiente para garantir a redução de velocidade desejável.
5. Com o trem se aproximando do ponto de parada, aplique uma redução final e aplique
o freio independente da locomotiva.
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6.4.3 Trecho em rampa descendente com o trem encolhido
Sentido de deslocamento
- 0,80%
- 0,80%
1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição
de Marcha Lenta (IDLE).
2. Aguarde um intervalo mínimo de 10 segundos em marcha lenta até a folga se ajustar
na condição de trem encolhido.
3. Gradualmente aplique o freio independente para manter o trem encolhido.
4. A uma distância suficiente do ponto de parada, execute uma redução mínima pelo
manipulador de freio automático de 6 a 8 psi, para manter o trem encolhido.
5. Com o trem se aproximando do ponto de parada, aplique uma redução final e aplique
o freio independente da locomotiva.
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6.4.4 Trecho em rampa ascendente com o trem esticado por redução do
acelerador
Sentido de deslocamento
0,50%
0,50%
1. Reduza progressivamente um ponto por vez do acelerador, obedecendo ao tempo
mínimo de 2 segundos entre cada ponto.
2. Mantenha a condição de trem esticado e permita que o grau crescente da rampa
retarde o trem.
O operador deverá fazer uma redução mínima pelo manipulador de freio automático,
mantendo uma aceleração suficiente para manter a condição do trem esticado.
Logo que a redução mínima for eficiente ao longo de todo o trem, reduza
gradualmente o acelerador, ponto a ponto, a fim de controlar a velocidade e as forças
sobre o trem.
Pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, poderão ser acrescentadas até a parada
completa, caso a redução mínima não seja suficiente para garantir a redução de
velocidade desejável.
3. Quando o trem entra em stall, coloque o freio independente em plena aplicação.
O operador deve estar atento ao tempo de efetivação da desaceleração, para não
propiciar o surgimento de “Stall Burning”, que poderá provocar a queima dos motores
de tração.
4. Após a parada do trem, aplique o freio independente e reduza o acelerador para IDLE,
respeitando os 2 segundos regulamentares na retirada dos pontos de aceleração.
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6.4.5 Trecho em rampa ascendente trem encolhido com movimento a ré
Sentido de deslocamento
0,50%
0,50%
1. Use a posição mais baixa possível do acelerador para manter a condição de trem
encolhido.
2. A uma distância suficiente do ponto de parada, execute uma redução mínima pelo
manipulador de freio automático de 6 a 8 psi, para manter o trem encolhido.
3. Execute pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, caso a redução mínima não seja
suficiente para garantir a redução de velocidade desejável.
4. Observe o medidor de carga e reduza o acelerador conforme necessário para evitar as
altas forças de compressão.
5. Após a parada do trem, aplique o freio independente e reduza o acelerador para IDLE,
respeitando os 2 segundos regulamentares na retirada dos pontos de aceleração.
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6.4.6 Trecho em rampa descendente trem esticado com movimento a ré
Sentido de deslocamento
- 0,50%
- 0,50%
1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição
de Marcha Lenta (IDLE).
2. Aguarde um intervalo mínimo de 10 segundos em marcha lenta até a folga do trem
se ajustar na condição de trem esticado.
3. Coloque a alavanca do freio dinâmico na posição “set up” durante pelo menos 10
segundos.
4. Aumente gradualmente a ação de frenagem dinâmica a fim de manter o trem
esticado, até atingir o nível desejado de frenagem.
5. A uma distância suficiente do ponto de parada, execute uma redução mínima pelo
manipulador de freio automático de 6 a 8 psi, para manter o trem esticado.
6. Execute pequenas reduções adicionais de 2 a 3 psi, caso a redução mínima não seja
suficiente para garantir a redução de velocidade desejável.
7. À medida que a velocidade for decrescendo até cerca de 10 km/h ou menos,
complemente a perda de eficiência do freio dinâmico com o acionamento do freio
independente, até 15 psi, a fim de evitar que as locomotivas e os primeiros vagões se
juntem.
8. Mantenha ainda o trem esticado através do freio independente, alivie totalmente o
freio dinâmico e aplique totalmente o freio independente.
Observação
Se o freio dinâmico não está disponível ou ineficaz, utilize o freio independente para
manter uma condição de trem esticado.
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6.5 Redução ou controle da velocidade de um trem
Na técnica de redução ou controle da velocidade de um trem consiste em controlar a
velocidade dentro dos limites estabelecidos pela ferrovia, mantendo uma boa margem de
reserva de freios, dentro das normas de segurança, procurando ao mesmo tempo, evitar
danos e desgastes ao equipamento, inclusive aos rodeiros e as sapatas de freio.
Este tipo de operação deve resultar numa marcha controlada, sem choques na
composição e sem perigo de o trem escapar ao controle do maquinista.
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6.5.1 Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e com o auxílio do
freio dinâmico
Sentido de deslocamento
- 1,10%
- 1,10%
1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição
de Marcha Lenta (IDLE).
2. Aguarde um intervalo mínimo de 10 segundos em marcha lenta até a folga do trem
se ajustar na condição de trem encolhido.
3. Mantenha a Marcha Lenta no mínimo por um intervalo de dez (10) segundos.
4. Colocar a alavanca do freio dinâmico na posição Set Up durante pelo menos dez (10)
segundos.
5. Aumente gradualmente a ação da frenagem dinâmica a fim de manter o encolhimento
gradativo do trem, até atingir o nível desejado de frenagem.
6. Caso o freio dinâmico por si só seja capaz de proporcionar uma desaceleração
suficiente para reduzir ou controlar a velocidade do trem com segurança, não será
necessário empregar os freios a ar.
7. Se necessário, a uma distância suficiente de uma possível restrição, aplique uma
redução mínima de pressão pelo manipulador do freio automático e alivie o freio
independente.
O alívio do freio independente deverá ocorrer no início de cada aplicação do freio
automático, mantendo o freio da locomotiva solto.
8. Assim que a velocidade estiver controlada e o manipulador do freio automático na
posição de alívio, mantenha uma frenagem dinâmica suficiente para manter o trem
encolhido, à medida que os freios vão sendo aliviados em todo o trem.
O freio dinâmico possibilita um ajuste mais fino da velocidade.
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6.5.2 Trecho em rampa descendente com o trem encolhido e sem o auxílio do
freio dinâmico
Sentido de deslocamento
- 0,50%
- 0,50%
1. Se estiver tracionando o trem, reduza progressivamente o acelerador para a posição
de Marcha Lenta (IDLE).
2. Se necessário, a uma distância suficiente de uma possível restrição, aplique uma
redução mínima de pressão pelo manipulador do freio automático e alivie o freio
independente.
3. À medida que os freios do trem são aliviados, mantenha os freios da locomotiva
aliviados a menos que eles sejam necessários para alterações severas das folgas.
4. Assim que a velocidade estiver controlada e o manipulador do freio automático na
posição de alívio, mantenha uma frenagem dinâmica suficiente para manter o trem
encolhido, à medida que os freios vão sendo aliviados em todo o trem.
Observação
Antes de tentar executar um alívio, considere a composição do trem e a velocidade.
Talvez seja necessário parar completamente ou escolher um método alternativo de
frenagem.
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6.5.3 Trecho em rampa ascendente trem esticado através de redução do
acelerador
Sentido de deslocamento
0,80%
0,80%
1. Reduza progressivamente o acelerador, um ponto por vez.
2. Mantenha a condição de trem esticado.
3. Permita que a rampa ascendente retarde o trem.
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6.5.4 Trecho com ponto de inflexão (crista) através da redução do acelerador
Sentido de deslocamento
0,80%- 0,90%
1. Reduza progressivamente o acelerador antes da locomotiva atingir o ponto de
inflexão (crista).
2. Continue a reduzir o acelerador até que pelo menos metade do trem tenha
transposto a crista, a fim de manter a velocidade do trem.
Observação
O emprego desse método reduzirá a força de tração adicional criada pelo peso da
locomotiva e dos vagões que já transpuseram a crista.
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6.5.5 Trecho ondulado através da modulação do acelerador
Sentido de deslocamento
0,50% - 0,50%
0,50%
1. Conforme for se aproximando do trecho ondulado, reduza progressivamente o
acelerador conforme a necessidade de controle da velocidade do trem.
2. Reduza ainda mais o acelerador à medida que a locomotiva iniciar o trecho de rampa
descendente.
3. Aumente progressivamente o acelerador pouco antes da locomotiva atingir o início da
rampa ascendente.
4. Continue a aumentar progressivamente o acelerador à medida que o trem estiver se
inscrevendo na rampa ascendente.
5. Reduza progressivamente o acelerador assim que a cauda do trem atinja a rampa
ascendente.
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6.5.6 Trecho ondulado através dos freios a ar
Sentido de deslocamento
0,50% - 0,50%
0,50%
1. Conforme for se aproximando do trecho com ondulação, reduza progressivamente o
acelerador conforme a necessidade de controle da velocidade do trem.
2. Mantenha uma redução do freio automático ao iniciar o trecho com ondulação.
3. Mantenha uma força de tração suficiente para que o trem permaneça na condição de
esticado.
4. Alivie os freios automáticos.
5. Mantenha a força de tração durante o alívio dos freios a fim de impedir que o trem se
encolha.
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Dinâmica e Frenagem
Ferroviária
7 Referências Bibliográficas
José Luiz Borba
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba 250
7.1 Bibliografia
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Atrito tipo Sapata-Disco e Sapata-Roda para Veículos Ferroviários de Carga -
Unicamp - 2003.
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Unicamp - Faculdade de Engenharia Mecânica - 1999.
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Castelo Branco, José. E. S.; Ferreira, Ronaldo – 2000
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[15] Roza, Leopoldo C. - Dinâmica Ferroviária - Notas de Aula – Unicamp – 1998
Pós Graduação em Engenharia Ferroviária Dinâmica e frenagem Ferroviária
UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba 251
[16] Roza, Leopoldo C. – Dinâmica Ferroviária, Freios e Economia de Combustível –
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[17] AAR – MSRP – Section E – 2003
[18] AAR – MSRP – Section E – Part II – 2004
[19] New York Air brake Corporation – CCBII - Computer Controlled Brake Generation
II Service And Troubleshooting Guide - IP-168-C – December 2003
[20] Medeiros, Benjamin A. – Influência dos Sistemas de Freios Sobre a Operação e
Economia das Ferrovias – X Congresso Panamericano de Estradas de Ferro –
Outubro 1960
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UNIVIX / VALE Professor: José Luiz Borba 252
PARCERIA