LaFer

Procedimentos de Ensaio 

Procedimento de Ensaio BD-04

1. ESCOPO

1.1. Este procedimento descreve a seqüência de ensaios necessários para avaliação do desgaste de sapatas de freio ferroviárias de alto coeficiente de atrito, orgânicas ou mistura de materiais orgânicos e inorgânicos. Embora baseado em norma internacional relacionada, utiliza parâmetros ajustados para a realidade das ferrovias nacionais.

1.2. Materiais de atrito podem ser classificados como de alto, médio ou baixo coeficiente de atrito. As sapatas de alto coeficiente de atrito têm coeficiente de atrito superior a 0,3. Este procedimento pode ser usado para avaliar materiais de fricção de alto ou médio coeficiente de atrito, a critério do solicitante do ensaio. 

1.3. O processo se inicia quando o fornecedor interessado em avaliar o material de fricção envia uma carta de solicitação ao Laboratório Ferroviário do Departamento de Projeto Mecânico da Unicamp (LAFER), que entrará em contato para providenciar o agendamento dos ensaios e discutir detalhes comerciais e técnicos. A solicitação pode ser feita por E-mail para aute@fem.unicamp.br 

1.4. Definido o calendário, o solicitante deverá enviar um conjunto de sapatas de freio ao LAFER. Para o ensaio completo, deverão ser enviadas, no mínimo, 5 sapatas, das quais 3 serão ensaiadas. A representatividade da amostra ficará a cargo do solicitante. As amostras deverão ser acompanhadas de carta de encaminhamento para ensaio. O LAFER enviará um comprovante de recebimento do material para o solicitante, tão logo receba as amostras. Caso o solicitante não receba tal comprovante, deverá verificar junto ao LAFER o andamento do processo de recebimento das sapatas e as razões do atraso.

1.5. O material de atrito das sapatas de freio ensaiadas por este procedimento deverá ser re-submetido ao ensaio em um intervalo de tempo adequado. A validade do ensaio descrito aqui é de um ano, a contar da data da emissão do relatório de ensaio.

1.6. Dúvidas ou reclamações deverão ser submetidas ao LAFER num prazo não superior a 60 dias após a recepção do relatório de ensaio.

1.7. Em hipótese alguma o material a ser ensaiado deverá conter amianto, ou qualquer outro componente perigoso à saúde. É responsabilidade do solicitante do ensaio a garantia de que tais produtos não estão presentes.

1.8. As sapatas deverão ser fabricadas de forma a que possam ser adaptadas ao suporte de sapatas disponível no Banco Dinamométrico do Lafer, que é o suporte básico para sapatas de alto coeficiente de atrito, com guias de bloqueio centrais, usadas em vagões de carga. O solicitante poderá entrar em contato para discutir o formato do suporte, em caso de dúvida.

2. CARACTERÍSTICAS DOS ENSAIOS

2.1. Das sapatas enviadas para ensaio, as três que serão ensaiadas serão escolhidas aleatoriamente. No caso de alguma das sapatas escolhidas apresentar qualquer irregularidade, como defeitos superficiais ou formato, outra das sapatas será utilizada. Caso não seja possível escolher as sapatas que possam ser utilizadas para o ensaio do conjunto enviado, o solicitante será comunicado e deverá enviar um novo conjunto de sapatas.

2.2. As sapatas serão verificadas quanto ao coeficiente de atrito com a roda e quanto ao desgaste, mesmo que tais dados não sejam pedidos pelo solicitante. Os dados serão usados como documentação interna do LAFER.

2.3. Inicialmente cada uma das sapatas será fixada ao suporte de freio e será assentada na roda, seguindo o procedimento descrito no item 3, a seguir. Por critério do solicitante, o assentamento poderá ser dispensado.

2.4. Após o assentamento, serão realizados ensaios de rampa leve e rampa severa. O procedimento para cada um dos tipos de ensaio listados está descrito a partir do item 4 deste procedimento.

2.5. A sapata deverá ser pesada e ter sua espessura medida antes e após o ensaio. Entende-se por ensaio qualquer seqüência das aplicações de freio. Assim esta especificação descreve dois tipos de ensaios:


a) Rampa Leve
b) Rampa Pesada

 

O valor do peso e espessura deverá ser registrado no relatório de ensaio para avaliação de desgaste.

2.6. O procedimento descrito em 2.3, 2.4 e 2.5 deve ser repetido para cada uma das sapatas a serem ensaiadas, a menos do assentamento, a critério do solicitante.

2.7. A roda ferroviária deve ser de uma vida, flange larga, e deve ter diâmetro adequado ao uso do solicitante, com espessura do aro maior que 25,4 mm (1 polegada) e deve ter sido tratada termicamente no processo de fabricação. A roda deve ter sido previamente usinada para que o formato da região de contato com a sapata, ou superfície de rolamento, seja cilíndrico. Outros diâmetros de roda poderão ser utilizados, a critério do solicitante.

2.8. Nenhum ensaio deve ser iniciado quando a temperatura do aro da roda, medida por um termopar deslizante ou infravermelho, for superior a 70o C. Caso seja usado termopar, este deverá ser preso a uma chapa fina ou fita, que deslizará na superfície da roda, próximo ao local onde a sapata é aplicada, no centro da superfície de rolamento. O lado da chapa fina ou fita onde o termopar está preso deve ser oposto ao lado onde há o deslizamento. O ponto de soldagem do termopar não poderá estar a mais de 20 mm do ponto de deslizamento entre a chapa e a roda. A medição com infravermelho será no centro da superfície de rolamento.

2.9. O efeito das resistências internas do Banco Dinamométrico deve ser desprezado em todos os cálculos feitos para os ensaios. A carga de Inércia deverá ser equivalente à de um vagão que transporte 14900 kilogramas por roda, mais ou menos 8%. Isso corresponde a montagem de 8 discos centrais de diâmetro maior e todos os discos de diâmetro pequeno no Banco Dinamométrico do LAFER. Embora as cargas inerciais não sejam importantes para testes de rampa, o LAFER usa a mesma montagem para ensaios de parada e de rampa. 

2.10. Os ensaios serão feitos com uma sapata apenas por roda.

2.11. Antes do início do conjunto de ensaios, a sapata pode ser lixada ou usinada de forma que o diâmetro que descreve sua área de contato com a roda seja semelhante ao da roda. Isso pode ser obtido colando-se uma lixa na própria roda ou com um procedimento equivalente. Deve-se tomar o cuidado de garantir a eliminação de qualquer resquício de material na superfície da roda, o que poderia comprometer a realização dos ensaios posteriores. Quando possível, devese utilizar outra roda ou componente similar para o lixamento.

3. PROCEDIMENTO DE ASSENTAMENTO (aplicável se solicitado)

3.1. O assentamento inicia-se com um ensaio de rampa, ou seja, com velocidade constante, na velocidade de 30 km/hora, por 45 minutos, com força normal na sapata de 4900 N.

3.2. O procedimento descrito em 3.1 deve ser repetido duas outras vezes e estará concluída esta fase.

3.3. Não há um assentamento mínimo necessário para que o teste seja válido.


4. ENSAIOS DE RAMPA

4.1. O desempenho da sapata de freio em rampa será determinado pela medida da força retardadora de atrito produzida por uma aplicação de intensidade constante da sapata de freio na roda, a uma velocidade constante de 30 km/h, por 30 minutos, para cada teste.


4.2. A condição de frenagem leve implica em uma força normal na sapata de freio de 3200 N, com variação permitida de 4 %.

4.3. A condição de frenagem pesada implica em uma força normal na sapata de freio de 4900 N, com variação permitida de 4 %.


4.4. A temperatura durante todos os ensaios não deverá ultrapassar 250 oC. Se isso ocorrer o ensaio poderá ser continuado, mas a temperatura máxima deve constar no relatório.


4.5. Os ensaios serão repetidos 15 vezes para cada uma das três amostras (um ensaio de frenagem leve mais um ensaio de frenagem pesada), para que seja possível avaliar o desgaste dos materiais de atrito.

4.6. Um ventilador e um exaustor deverão ser usados ao longo de todo o teste, para circular o ar através da roda e sapata de freio, para simular o movimento do vagão durante o ensaio.

5. AVALIAÇÃO DO DESGASTE

5.1. O material perdido durante os ensaios de rampa deverá ser determinado pela pesagem das sapatas antes do primeiro ensaio leve e depois do último ensaio do lote com carga severa (15o), para cada sapata. A espessura média da sapata também será medida no início e ao final dos
testes citados. 


5.2. A quantidade de material (g) perdida durante o ensaio dividida pela densidade do material de fricção em gramas por centímetro cúbico será o valor do volume perdido. As pesagens deverão ser determinadas com acuracidade mínima de 1 grama. Para a determinação preliminar do volume perdido, uma densidade de 2,15 g/cm3 pode ser adotada. Caso a densidade seja diferente desta, deverá ser fornecida pelo solicitante.
 

8. RELATÓRIO DE ENSAIO

8.1. O relatório de Ensaio deverá conter as seguintes informações:


8.1.1. A data de início e término de aplicação deste procedimento e a descrição dos ensaios.


8.1.2. Os gráficos que mostram a variação do coeficiente de atrito e temperatura durante os ensaios de rampa.


8.1.5. Os valores obtidos nas pesagens feitas em cada sapata, antes e após a sequência de 15 repetições de ambos os testes de rampa, e os valores do desgaste para cada uma delas, bem como a média desses valores para o conjunto de sapatas.


8.1.6. Os valores da medida da espessura antes e depois do conjunto de ensaios definido, para cada sapata e o seu valor médio, quando solicitado.


8.1.7. A comparação entre os valores obtidos e os valores recomendados, quando disponíveis, para cada um dos ensaios;


8.1.8. Identificação do responsável pelos testes.
 

 

Procedimento de Ensaio BD-05

1. ESCOPO

1.1. Este procedimento descreve a seqüência de ensaios necessários para avaliação do desgaste de sapatas de freio ferroviárias de alto coeficiente de atrito, orgânicas ou mistura de materiais orgânicos e inorgânicos. Embora baseado em norma internacional relacionada, utiliza parâmetros ajustados para a realidade das ferrovias nacionais.
 

1.2. Materiais de atrito podem ser classificados como de alto, médio ou baixo coeficiente de atrito. As sapatas de alto coeficiente de atrito têm coeficiente de atrito superior a 0,3. Este procedimento pode ser usado para avaliar materiais de fricção de alto ou médio coeficiente de atrito, a critério do solicitante do ensaio.
 

1.3. O processo se inicia quando o fornecedor interessado em avaliar o material de fricção envia uma carta ou email de solicitação ao Laboratório Ferroviário do Departamento de Projeto Mecânico da Unicamp (LAFER), que entrará em contato para providenciar o agendamento dos ensaios e discutir detalhes comerciais e técnicos.
 

1.4. Definido o calendário, o solicitante deverá enviar um conjunto de sapatas de freio ao LAFER. Para o ensaio completo, deverão ser enviadas, no mínimo, 5 sapatas, das quais 3 serão ensaiadas. A representatividade da amostra ficará a cargo do solicitante. As amostras deverão ser acompanhadas de carta de encaminhamento para ensaio. O LAFER enviará um comprovante de recebimento do material para o solicitante, tão logo receba as amostras. Caso o solicitante não receba tal comprovante em 5 dias, deverá verificar junto ao LAFER o andamento do processo de recebimento das sapatas e as razões do atraso.
 

1.5. O material de atrito das sapatas de freio ensaiadas por este procedimento deverá ser re-submetido ao ensaio em um intervalo de tempo de 18 meses, que é também o período de validade do ensaio descrito aqui.

 

1.6. Dúvidas ou reclamações deverão ser submetidas ao LAFER num prazo não superior a 60 dias após a recepção do relatório de ensaio.

 

1.7. Em hipótese alguma o material a ser ensaiado deverá conter amianto, ou qualquer outro componente perigoso à saúde. É responsabilidade do solicitante do ensaio a garantia de que tais produtos não estão presentes.
 

1.8. As sapatas deverão ser fabricadas de forma a que possam ser adaptadas ao suporte de sapatas disponível no Banco Dinamométrico do Lafer, que é o suporte básico para sapatas de alto coeficiente de atrito, com guias de bloqueio centrais, usadas em vagões de carga. O solicitante poderá entrar em contato para discutir o formato do suporte, em caso de dúvida.

2. CARACTERÍSTICAS DOS ENSAIOS

2.1. Das sapatas enviadas para ensaio, as três que serão ensaiadas serão escolhidas aleatoriamente. No caso de alguma das sapatas escolhidas apresentar qualquer irregularidade, como defeitos superficiais ou formato, outra das sapatas será utilizada. Caso não seja possível escolher as sapatas que possam ser utilizadas para o ensaio do conjunto enviado, o solicitante será comunicado e deverá enviar um novo conjunto de sapatas.

2.2. As sapatas serão verificadas quanto ao coeficiente de atrito com a roda e quanto ao desgaste, mesmo que tais dados não sejam pedidos pelo solicitante. Os dados serão usado como documentação interna do LAFER.
 

2.3. Inicialmente cada uma das sapatas será fixada ao suporte de freio e será assentada na roda, seguindo o procedimento descrito no item 3, a seguir. Por critério do solicitante, o assentamento poderá ser dispensado.
 

2.4. Após o assentamento, serão realizados ensaios de rampa leve e severa, seguidos de ensaios de parada leve e pesada. O procedimento para cada um dos tipos de ensaio listados está descrito a partir do item 4 deste procedimento.
 

2.5. A sapata deverá ser pesada e ter sua espessura medida antes dos ensaios leves e após os ensaios pesados. Entende-se por ensaio uma seqüência das aplicações de freio. Assim esta especificação descreve quatro tipos de ensaios:

 

a) Rampa Leve
b) Rampa Pesada
c) Parada Leve
d) Parada Pesada

O valor do peso e espessura deverá ser registrado no relatório de ensaio para avaliação de desgaste. 

2.6. O procedimento descrito em 2.3, 2.4 e 2.5 deve ser repetido para cada uma das sapatas a serem ensaiadas, a menos do assentamento, a critério do solicitante.
 

2.7. A roda ferroviária deve ser de uma vida, flange larga, e deve ter diâmetro de 33 pol. (838 mm), com espessura do aro maior que 25,4 mm ( 1 polegada ) e deve ter sido tratada termicamente no processo de fabricação. A roda deve ter sido previamente usinada para que o formato da região de contato com a sapata, ou superfície de rolamento, seja cilíndrico. Outros diâmetros de roda poderão ser utilizados, a critério do solicitante.

2.8. Nenhum ensaio deve ser iniciado quando a temperatura do aro da roda, medida por um termopar deslizante, for superior a 70o C. O termopar deverá ser preso a uma chapa fina ou fita, que deslizará na superfície da roda, próximo ao local onde a sapata é aplicada, no centro da superfície de rolamento. O lado da chapa fina ou fita onde o termopar está preso deve ser oposto ao lado onde há o deslizamento. O ponto de soldagem do termopar não poderá estar a mais de 20 mm do ponto de deslizamento entre a chapa e a roda.
 

2.9. O efeito das resistências internas do Banco Dinamométrico deve ser desprezado em todos os cálculos feitos para os ensaios. A carga de Inércia deverá ser equivalente a de um vagão que transporte 14900 kilogramas por roda, mais ou menos 8%. Isso corresponde a montagem de 8 discos centrais de diâmetro maior e todos os discos de diâmetro menor no Banco Dinamométrico do LAFER. Embora as cargas inerciais não sejam importantes para testes de rampa, o LAFER usa a mesma montagem para ensaios de parada e de rampa.
 

2.10. Os ensaios serão feitos com uma sapata apenas por roda.

2.11. Antes do início do conjunto de ensaios, a sapata deve ser lixada ou usinada de forma que o diâmetro que descreve sua área de contato com a roda seja semelhante ao da roda. Isso pode ser obtido colando-se uma lixa na própria roda ou com um procedimento equivalente. Deve-se tomar o cuidado de garantir a eliminação de qualquer resquício de material na superfície da roda, o que poderia comprometer a realização dos ensaios posteriores. Quando possível, deve-se utilizar outra roda ou componente similar para o lixamento.

3. PROCEDIMENTO DE ASSENTAMENTO (aplicável se solicitado)

3.1. O assentamento inicia-se com seis ensaios de rampa, ou seja, com velocidade constante, na velocidade de 30 km/hora, por 45 minutos, com força normal na sapata de 4900 N.


3.2. Caso o assentamento não atinja o valor definido, o procedimento descrito em 3.1 deve ser repetido em lotes de três ensaios, até que o assentamento seja atingido.
 

3.3. O assentamento mínimo necessário para que os ensaios seguintes sejam realizados é de 90%.

4. ENSAIOS DE RAMPA

4.1. O desempenho da sapata de freio em rampa será determinado pela medida da força retardadora de atrito produzida por uma aplicação de intensidade constante da sapata de freio na roda, a uma velocidade constante de 30 km/h, por 30 minutos, para cada teste.
 

4.2. A condição de frenagem leve implica em uma força normal na sapata de freio de 3200 N, com variação permitida de 4 %.
 

4.3. A condição de frenagem pesada implica em uma força normal na sapata de freio de 4900 N, com variação permitida de 4 %.
 

4.4. A temperatura durante todos os ensaios não poderá ultrapassar 250 ºC. Se isso ocorrer o ensaio poderá ser continuado, mas a temperatura máxima deve estar no relatório.
 

4.5. Os ensaios serão repetidos 15 vezes para cada uma das três amostras, para que seja possível avaliar o desgaste dos materiais de atrito.
 

4.6. Um ventilador e um exaustor deverão ser usados ao longo de todo o teste, para circular o ar através da roda e sapata de freio, para simular o movimento do vagão durante o ensaio.

5. ENSAIOS DE PARADA

5.1. Os ensaios de parada leve e severa deverão ser realizados nas velocidades de 30, 60 e 90 km/h, com suas respectivas forças normais de frenagem.


5.2. O sistema de acionamento da força normal na sapata para cada um dos tipos de ensaio de parada deve ser tal que 90% do seu valor final seja atingido em 5 segundos ou menos.

5.3. Devem ser realizadas duas sequências de ensaio: de parada leve e de parada pesada. A seqüência de velocidades iniciais para as paradas para cada um dos tipos de ensaio deve ser 90, 60, 30, 30, 60, 90, 90, 60, 30, 30, 60 e 90 km/h.
 

5.4. Os ensaios de parada leve deverão ser realizados com uma força normal nominal na sapata de 14746,0 N, mais ou menos 90,0 N.
 

5.5. Os ensaios de parada pesada deverão ser realizados com uma força normal nominal na sapata de 26983,0 N, mais ou menos 134,5 N.
 

5.6. A distância de parada poderá ser calculada a partir do tempo total até a parada e da velocidade da roda a cada instante.
 

5.7. A média do resultado dos ensaios de parada leve, feita para cada uma das velocidades e transformado em distância de parada conforme o item 5.6, deverá ser comparado aos dados da tabela a seguir:
 

5.8 A média do resultado dos ensaios de parada pesada, feita para cada uma das velocidades e transformado em distância de parada conforme o item 5.6, deverá ser comparado aos dados da tabela a seguir:

5.9. Um ventilador e um exaustor deverão ser usados ao longo de todo o teste, para circular o ar através da roda e sapata de freio, para simular o movimento do vagão durante o ensaio.

6. AVALIAÇÃO DO DESGASTE
 

6.1. O material perdido durante os ensaios deverá ser determinado pela pesagem das sapatas antes do primeiro ensaio de rampa leve, depois do último de rampa pesada e depois do último ensaio de parada pesada, para cada sapata. A espessura média da sapata também será medida no início e ao final dos testes citados.


6.2. A quantidade de material perdido durante o teste (em gramas) dividido pela densidade do material de fricção em gramas por centímetro cúbico será o valor do volume perdido. As pesagens deverão ser determinadas com acuracidade mínima de 1 grama. Para a determinação preliminar do volume perdido, uma densidade de 2,15 g/cm3 pode ser adotada. Caso a densidade seja diferente desta, deverá ser fornecida pelo solicitante.

7. RELATÓRIO DE ENSAIO

 

O relatório de Ensaio deverá conter as seguintes informações:


7.1. A data de início e término de aplicação deste procedimento e a descrição dos ensaios.


7.2. Os gráficos que mostram a variação do coeficiente de atrito e temperatura durante os ensaios de rampa, a critério do solicitante.


7.3. Os valores obtidos nas pesagens feitas em cada sapata, antes e após a sequencia de 15 repetições de ambos os testes de rampa, e os valores do desgaste para cada uma delas, bem como a média desses valores para o conjunto de sapatas.
 

7.4. Os valores da medida da espessura antes e depois do conjunto de ensaios definido, para cada sapata e o seu valor médio, quando solicitado.
 

7.5. A comparação entre os valores obtidos e os valores recomendados, se aplicável, para cada um dos ensaios;
 

7.6.. Identificação do responsável pelos testes. cação do responsável pelos testes.

 

LaFer - Laboratório Ferroviário - DSI - FEM - UNICAMP

Atualizado em outubro/2020

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