Cátedra de Vagões
Resumo do Projeto de Pesquisa:
Este projeto tem por objetivo a criação da Cátedra de Pesquisa em Vagões. A Cátedra terá como focos principais o aumento da disponibilidade de material rodante, o aumento da segurança do transporte, o aumento da carga transportada, a geração de conhecimento e inovação sobre os temas pesquisados, a formação de pessoal técnico qualificado e o desenvolvimento de uma rede de pesquisas sobre vagões com competência para apoiar a VALE na solução de problemas que possam surgir na operação ferroviária. Inicialmente, a Cátedra identificará os principais Centros de Pesquisa sobre os temas definidos para estudo, apresentados ao longo deste projeto. Em função do amadurecimento da Cátedra e da disponibilidade de recursos, selecionará os projetos que serão desenvolvidos, enfatizando que todos deverão prever formas de transferência do conhecimento, seja para a empresa, seja para a sociedade. Os projetos selecionados se aglutinarão em uma rede de pesquisas, devendo, necessariamente, ser complementares, otimizando o emprego dos recursos. Os resultados dos projetos deverão estar em consonância com a excelência em pesquisa e desenvolvimento da Academia e do setor. Como resultados finais dos projetos integrados pela Cátedra espera-se: o aumento da eficiência do transporte ferroviário de carga; o avanço da integração entre a VALE e a academia para o desenvolvimento de pesquisa aplicada; o aprimoramento da competência nacional sobre o desenvolvimento de novos vagões ferroviários; o incentivo à inovação em uma área onde o domínio tecnológico é importante para o país; a formação de pessoal técnico qualificado nos temas em estudo e a solidificação de um conjunto de instituições capazes de contribuir para a pesquisa para o aprimoramento dos veículos ferroviários.
Aprofundamento na Avaliação dos Parâmetros Medidos com o Vagão Instrumentado
Resumo do Projeto de Pesquisa:
Este projeto de pesquisa se propõe a desenvolver estratégias que contribuam para o aprofundamento na avaliação dos parâmetros medidos pelo vagão instrumentado através do desenvolvimento de modelos específicos e procedimentos de medição adequados, que permitam o aumento da segurança do transporte ferroviário de carga na EFVM - VALE. Trata-se de um projeto que tem desenvolvimento em conjunto com a cátedra de vagões e possui sinergia com as pesquisas e recebe contribuições de todos os parceiros integrantes da cátedra. A metodologia consistirá em empregar simultaneamente modelos computacionais e dados de campo, utilizando os recursos atuais da EFVM – VALE (rodeiro instrumentado e outros), e aplicando os resultados na definição de procedimentos de instrumentação que levem às respostas a questões sobre segurança e vida em serviço.
Como resultados do desenvolvimento deste projeto espera-se propor um sistema de medição (equipamentos e metodologia) que possa ser empregado na medição indireta dos parâmetros avaliados pelo rodeiro instrumentado, além de relacionar os valores medidos desses parâmetros à segurança operacional e aos fatores que influenciam nas vidas em serviço dos componentes ferroviários. Além disso, espera-se a formação de um pós-doutorando, dois mestrandos e um estagiário técnico nesta parte do projeto; o aprimoramento do conhecimento dos profissionais da EFVM-VALE através da parceria de P&D; o desenvolvimento de estratégias inovadoras para medição, cujos benefícios possam ser estendidos a outras aplicações para a VALE; o reforço da profícua parceria universidade-empresa, que desde a muito envolve as instituições de pesquisa participantes; e a formação de competência nacional sobre os assuntos estudados no projeto. Todos esses resultados deverão beneficiar a VALE e a sociedade como um todo, reforçando o anseio do Brasil em tornar-se líder em tecnologia ferroviária.
Desenvolvimento de modelos computacionais para simulação dinâmica de carros de passageiros da EFVM e EFC - Escopo UNICAMP
Resumo do Projeto de Pesquisa:
O projeto tem como foco o desenvolvimento de modelos computacionais para a simulação do comportamento dinâmico de veículos de passageiros – em particular os equipados com truques biapoiados de bitolas métrica e larga utilizados na Estrada de Ferro Vitória a Minas e na Estrada de Ferro Carajás. Trata-se de um projeto que tem desenvolvimento em conjunto com a cátedra de vagões e possui sinergia com a pesquisas e recebe contribuições de todos os parceiros integrantes da cátedra. O projeto trocará informações em especial com o IFSP, que realizará os levantamentos de dados informações complementando o escopo deste. A abordagem para a geração dos modelos que serão desenvolvidos para este estudo consiste em utilizar técnicas de sistemas multicorpos, que são baseadas na aplicação das equações de movimento de corpos rígidos a sistemas compostos de dezenas ou centenas de objetos relacionados entre si por meio de forças e conexões elásticas ou rígidas (chamadas restrições bilaterais) e por meio de contatos (restrições unilaterais).
Adicionalmente, é possível, com algumas limitações, introduzir componentes flexíveis nos modelos, o que tende a aumentar a fidelidades dos resultados. A partir do uso de um pacote comercial de dinâmica multicorpos, aliado ao conhecimento desenvolvido e adquirido ao longo dos últimos anos na UNICAMP e na VALE, pretende-se criar modelos que representem o comportamento dos carros de passageiro utilizados na EFVM e EFC com o intuito de (a) melhorar a compreensão sobre forças, acelerações e velocidades que ocorrem durante o percurso (escopo do IFSP), (b) propor melhorias que aprimorem o conforto dos passageiros e a durabilidade do equipamento rodante, (c) estudar diferenças de performance entre diferentes tipos de configuração dos carros de passageiros e (d) estudar questões de estabilidade e segurança operacional das composições sob circunstâncias críticas de frenagem e inscrição em curva. Como resultado deste projeto, espera-se caracterizar completamente o comportamento dinâmico dos veículos de passageiros da VALE, gerar conhecimento compartilhado entre a VALE e a Academia, formar pesquisadores e tornar o grupo formado a partir deste projeto uma referência para o desenvolvimento de modelos dinâmicos para veículos de passageiros em ferrovias compartilhadas com transporte de carga.
Desenvolvimento e Análise do Efeito da Frenagem com modelos dinâmicos em Vampire
Resumo do Projeto de Pesquisa:
A simulação dinâmica de vagões ferroviários requer conhecimento básico sobre dinâmica de veículos e sobre a interação entre os diversos elementos que o compõem. Tal conhecimento pode ser obtido através do estudo do movimento dos corpos e suas conexões com os demais nas regiões de interface. A dinâmica tradicional descreve o movimento dos corpos e a dinâmica multicorpos descreve como eles interagem entre si e com o meio onde estão inseridos. A complexidade da modelagem é função do número de corpos envolvidos (peças) e das formas de interação. Ao avaliar conjuntos complexos, como truques ferroviários, com muitos elementos e conexões, é necessário resolver sistemas matemáticos complicados. Além disso, a descrição do movimento requer a discretização no tempo, o que exige ainda mais dos modelos empregados para a descrição do problema. Existem muitos programas para emprego com simulação dinâmica de sistemas, como o VI-RAIL (Adams), o SIMPACK, o NUCARS, o UNIVERSAL MECHANISMS, além de outros que têm aplicação geral e que podem ser empregados para este tipo de tarefa. Entretanto, as ferrovias brasileiras têm adotado o programa VAMPIRE para as simulações de seus veículos. Este programa tem características importantes, como a inclusão de modelos prontos para diversos comportamentos, como o de contato entre a roda e o trilho e para a cunha de fricção. A UNICAMP, em convênios ainda em andamento com a VALE, modelou os veículos ferroviários empregando programas especialmente construídos para simuladores e os têm validado empregando o SIMPACK, que tem como principal característica ser um programa aberto, que permite a inclusão de modelos e propriedades diretamente. Este projeto de Pesquisa e Desenvolvimento tem como objetivo o emprego do conhecimento e da experiência adquiridos ao longo de projetos anteriores por parte da UNICAMP e da VALE na análise e ajustes de modelos dinâmicos para os vagões empregando o programa VAMPIRE, especificamente. Além disso, prevê também estudar o efeito sobre a dinâmica dos veículos da aplicação dos freios em condições normais e degradas, incluindo a frenagem desigual causada pelas características geométricas da timoneira, sua rigidez, o ângulo de ataque das sapatas, além de outros. O estudo também se aplicará na identificação das causas do desgaste desigual de friso de rodas em vagões gôndola, um problema atual e importante para a VALE e que requer modelagem dinâmica representativa. Por fim, características de estabilidade lateral serão analisadas tanto para os projetos atuais de truques, com os pads no apoio das laterais, como em novas soluções propostas, levando em conta as características dinâmicas do design, tais como a conicidade efetiva no contato, as rigidezes dos componentes e a inclusão ou não de parâmetros que restringem a movimentação (graus de liberdade). Tal desenvolvimento, além da formação de alunos de doutorado (3), pós-doutorado e mestrado, permitirá a transferência do conhecimento obtido à VALE através da discussão dos achados e de treinamentos, a simulação de novas condições de operação e a manutenção da Academia Brasileira como ponto focal do desenvolvimento de simulações dinâmicas de veículos ferroviários.
Desenvolvimento de Modelos para Simulação de Composições Ferroviárias
Resumo do Projeto de Pesquisa:
Este projeto consiste na continuidade do desenvolvimento dos projetos já aprovados “Desenvolvimento de Modelos para Simulação dos Efeitos do Aparelho de Choque e Tração sobre a Dinâmica das Composições Ferroviárias” e “Desenvolvimento de Modelos para Simulação para Composições Ferroviárias de Carga”, desenvolvidos na Unicamp com o patrocínio da VALE S.A. Dessa forma, aproveita o conhecimento adquirido ao longo do desenvolvimento de ambos os projetos e os recursos humanos destes no desenvolvimento de novos temas de interesse para a empresa. O principal objetivo é gerar modelos para aprimorar ainda mais o Simulador de Operações Ferroviárias da Vale (VTS3D), gerando novas rotinas que permitam a ampliação do leque de aplicações do simulador e o aprofundamento teórico nos temas ligados aos modelos empregados neste. Dessa forma, três focos principais do trabalho serão (a) o desenvolvimento de modelos que representem a frenagem em composições com freios eletropneumáticos; (b) o desenvolvimento de modelos para o aparelho de choque e tração de veículos de passageiros; e (c) o desenvolvimento de modelo completo documentado da dinâmica do vagão ferroviário, que permitiria uma maior flexibilidade e possível maior abrangência do que o modelo atualmente empregado no Simulador, já que seria desenvolvido em código aberto e disponível para os responsáveis pelo gerenciamento do simulador para futuras ampliações e adequações a novos sistemas e projetos de vagões. Além disso, utilizando todo o conhecimento adquirido pela equipe de pesquisa, será desenvolvido um estudo comparativo do desempenho e dos efeitos da utilização de freios eletropneumáticos em substituição aos freios pneumáticos, através de modelagem computacional em código aberto, o que poderá embasar teoricamente as avaliações da Vale quanto a oportunidade da troca dos sistemas em situações determinadas. Adicionalmente aos objetivos principais será necessário um trabalho de validação de todos os modelos desenvolvidos no âmbito simulacional através de testes de campo e uso de softwares comerciais. Os resultados desse novo projeto permitirão maior confiança quanto aos dados obtidos com os modelos desenvolvidos, maior flexibilidade por ter tais dados validados com situações diversas e arranjos de composições distintos, além de possível maior abrangência do que o modelo atualmente empregado no Simulador VTS da Vale.