Por que a uniformização da rigidez é importante
Uma junta de placa de fixação é sempre mais macia que o corpo do trilho: as duas placas de fixação dobram sob a carga da roda, a junta assenta um pouco mais do que o trilho adjacente e a transição de volta à rigidez total do trilho cria um impacto em cada passagem. Em linhas de alta-velocidade e{2}}de transporte pesado, esses impactos causam batidas-na extremidade do trilho, afrouxamento dos parafusos da placa de pesca, danos ao dormente e ruído. O principal objetivo do projeto da uniformização da rigidez é manter a rigidez vertical e lateral da junta dentro de cerca de ±10% da rigidez do corpo do trilho, eliminando o solavanco de acionamento. Seguem dois objetivos derivados: o desvio de assentamento da junta deve permanecer dentro de 0,1 mm do assentamento do trilho sob um trem que passa, e a rigidez lateral deve atender à demanda de deslocamento anti-lateral-da linha, pelo menos 80 kN/mm em trilhos de alta-velocidade. O projeto é verificado por simulação dinâmica das forças roda-trilho em toda a faixa de velocidade operacional antes que a junta seja aprovada.
Medidas de projeto para placas de pesca de alta-velocidade
As placas de fixação de alta-velocidade usam um projeto de-resistência igual, no qual a seção transversal-da placa de fixação varia ao longo de seu comprimento para acompanhar o comportamento de flexão do trilho. A espessura da secção tensionada é aumentada para cerca de 22 mm, correspondendo à espessura da cabeça do carril, para aumentar a rigidez à flexão da junta. O padrão do parafuso é simétrico, com oito parafusos distribuídos uniformemente em ambos os lados da junta, de modo que a força de pré-aperto se espalha uniformemente e o coeficiente de concentração de tensão permanece baixo. As superfícies superior e inferior das placas de fixação são retificadas com uma rugosidade de Ra 1,6 ou melhor, mantendo a folga de ajuste no trilho em 0,05 mm ou menos e melhorando a transferência de carga. Uma camada de amortecimento elástico de 3 mm é colocada na junta, com um módulo de elasticidade compatível com o módulo da base do trilho, para compensar a pequena diferença residual na rigidez. Finalmente, as extremidades da placa de peixe são afuniladas ao longo de um comprimento de transição de pelo menos 100 mm, de modo que a rigidez muda gradualmente, em vez de em etapas.
Materiais para-resistência a impactos em transportes pesados
| Componente | Especificação | Propósito |
|---|---|---|
| Placa de peixe em aço | Aço-liga de alta-resistência U75V, resistência à tração maior ou igual a 980 MPa | Resiste ao impacto de trens longos e pesados |
| Endurecimento da placa de peixe | Superfície cementada e temperada, profundidade endurecida maior ou igual a 0,5 mm, dureza maior ou igual a 58 HRC | Resistência ao desgaste e à fadiga da junta |
| Parafusos | 12,9-grau de alta-resistência, torque de pré-aperto 800 N·m | Mantém a fixação das juntas sob vibrações-de transporte intenso |
| Faces finais do trilho | Solo, desvio de planicidade Menor ou igual a 0,02 mm | Ajuste perfeito com placa de fixação, sem concentração de carga local |
O U75V foi escolhido porque sua resistência à tração mínima de 980 MPa confere à junta a capacidade de absorver o impacto de trens de 10.000-ton sem deformação permanente. O processo de tratamento térmico durante a produção da placa de peixe deve ser rigorosamente controlado para evitar o superaquecimento do material, e cada lote de produção é testado por amostra quanto às propriedades mecânicas antes do envio.
Procedimento de retrofit perfeito para juntas comuns
A conversão de uma junta de placa de peixe comum em uma junta soldada sem costura segue cinco etapas. Primeiro, remova as placas de fixação e os parafusos originais e limpe a ferrugem e o óleo das extremidades do trilho para que as superfícies fiquem livres de impurezas. Segundo, pré-aqueça a junta para soldagem a 200 a 300 graus em uma zona de 100 mm em ambos os lados, evitando trincas a frio. Terceiro, solde a junta com o processo aluminotérmico usando um grau de fluxo correspondente, controlando o reforço da solda para 0 a 2 mm para que a resistência da solda corresponda ao corpo do trilho. Quarto, esmerilhe a solda nivelada com a superfície do trilho até uma rugosidade de Ra 3,2 ou melhor, eliminando o impacto da roda-trilho. Quinto, instale uma nova placa elástica como reforço auxiliar para aumentar a resistência à fadiga da junta reformada. Após a conversão, a solda é testada ultrassonicamente para confirmar que está livre de defeitos antes que a linha retorne ao serviço.
Inspeção e Tratamento de Falhas
Em serviço, as juntas da placa de passagem são inspecionadas em um ciclo fixo. O teste ultrassônico é realizado mensalmente para detectar rachaduras na solda ou ao redor dos furos dos parafusos, e qualquer rachadura de 3 mm ou mais é tratada imediatamente. A inspeção visual verifica a deformação e corrosão da placa de fixação: uma placa de fixação deformada em 2 mm ou mais, ou com ferrugem cobrindo 20% ou mais de sua área, deve ser substituída. O torque do parafuso é testado novamente trimestralmente e, se o torque diminuir em 10% ou mais, os parafusos são reapertados; os parafusos que não conseguem manter o padrão após o reaperto são substituídos. O desgaste da superfície do trilho na junta é medido regularmente; o desgaste mais profundo do que 1 mm é reparado por esmerilhamento e os trilhos muito desgastados são substituídos. Para juntas sem costura adaptadas, testes metalográficos são realizados anualmente para observar alterações na estrutura da solda e evitar a degradação da resistência devido ao envelhecimento da solda. O tratamento de falhas sempre segue o princípio de proteger primeiro o tráfego e depois reparar, para que um pequeno defeito nunca se transforme em uma falha{11}}na linha em execução.
Perguntas frequentes
Q1: Como é medido o desvio de rigidez de uma junta?
A rigidez vertical e lateral da junta é medida através de testes de carga em um painel de via, e os resultados são comparados com a rigidez da carroceria do trilho. Um desvio dentro de ±10% atende à meta de uniformização.
P2: Por que oito parafusos são usados em placas de pesca de alta-velocidade?
Oito parafusos distribuem a força de pré{0}}aperto uniformemente ao longo da junta, reduzem a concentração de tensão em cada furo e mantêm a placa de fixação pressionada firmemente contra o trilho sob carga de alta-frequência.
Q3: Quando o retrofit contínuo é melhor do que substituir a junta?
O retrofit é escolhido quando o próprio trilho está sólido e o problema é a descontinuidade da junta. Se a massa-da extremidade do trilho já tiver reduzido a seção, as extremidades do trilho deverão ser cortadas ou substituídas antes da soldagem.
Q4: Qual é a função da camada de almofada elástica na articulação?
A almofada de 3 mm compensa a pequena diferença de rigidez restante entre a junta e o corpo do trilho, suavizando a transição e protegendo a solda da fadiga por flexão.
Q5: Por que os testes metalográficos são feitos anualmente em soldas reformadas?
As juntas soldadas envelhecem em serviço: a estrutura da solda pode ficar grosseira ou desenvolver micro-defeitos. A amostragem metalográfica anual detecta essas alterações antecipadamente para que a junta possa ser reparada ou substituída antes que a resistência caia abaixo do requisito da linha.