ADAPTAO DE LOCOMOTIVAS SD 40 PARA BITOLA MTRICAMeno Honrosa no
III Prmio Amsted Maxion de Tecnologia Ferroviria; trabalho
apresentado no seminrio tcnico no Negcios nos Trilhos Encontrem
2005, outubro de 2005, So Paulo.Autor:Amlio Luiz Mandelli,
CVRD.E-mail:[email protected] este
trabalho com o intuito de documentar as solues utilizadas na
adaptao de bitola standard para bitola mtrica das locomotivas GM SD
40.Descrevemos inicialmente as modificaes bsicas desenvolvidas nos
truques, no chassi das locomotivas.Devido dificuldade de obedecer
ao gabarito estabelecido para as ferrovias se fez necessria a
modificao das cabines, o que tambm est documentado.A inscrio da
locomotiva em curvas de raio da ordem de 60 m, obrigou o
desenvolvimento de uma soluo para seus engates.A soluo completada
com as alteraes introduzidas nos sistemas eltricos para garantir um
desempenho altamente satisfatrio.Finalmente, atravs da anlise dos
resultados dos testes de carga e de via realizados podemos mostrar
que as adaptaes produziram uma locomotiva de alta capacidade de
esforo de trao capaz de trafegar em linhas de bitola mtrica com
curvas de raio fechado e gabarito bastante restrito.IntroduoDesde o
incio das privatizaes no Brasil, a crescente necessidade de
transporte da demanda de cargas, intensificou a busca por melhores
resultados econmicos em toda a rea de transportes, principalmente
no transporte ferrovirio.Nas ferrovias que movimentam basicamente
carga em grandes volumes, o direcionamento no sentido do total
aproveitamento da sua capacidade, formando trens longos que se
deslocam a velocidades comerciais elevadas, o que tem levado ao uso
de trens cada vez maiores e mais pesados. A opo pelo trem maior
demanda por locomotivas de potncia elevada (superior a
3.000hp).Devido legislao americana que obrigou as operadoras locais
a substiturem suas frotas por locomotivas mais modernas, at bem
recentemente, havia disponibilidade de uma quantidade bastante
significativa de locomotivas usadas de potncia elevada, com
aproximadamente 20 anos de uso, em territrio americano e
canadense.Os escassos recursos financeiros de muitas concessionrias
brasileiras, somados as dificuldades para aquisio de locomotivas
novas, tais como: no disponibilidade no mercado nacional, custo
elevado, longo prazo para fornecimento e definies de projeto
(bitola mtrica, gabarito da ferrovia), determinaram que algumas
ferrovias brasileiras tomassem a deciso de adquirir parte da frota
dessas locomotivas usadas disponveis nos Estados Unidos e Canad.J
foram trazidos e adaptados no Brasil os seguintes modelos de
locomotivas: B 36, C 30, C 36, SF 30, SD 45 e SD 40, mas somente a
SD 40 receber um destaque especial neste artigo.O projeto de
adaptao executado nos dois modelos de locomotivas SD 40 (SD40-2 e
SD40-2T) requer uma grande interferncia em sua estrutura para
acomodao do novo modelo de truques e a observncia do gabarito da
ferrovia.Descrio da adaptao da locomotivaAs locomotivas SD 40
trazidas para o Brasil foram fabricadas pela Electro Motive
Division da General Motors (EMD - GM) nos Estados Unidos na dcada
de 60, em duas verses SD 40-2 e SD 40-2T.Fig. 1 - Locomotiva
SD40-2Fig. 2 - Locomotiva SD40-2T
Interpretando a nomenclatura convencionada pela EMD para as
locomotivas SD 40, temos: SD - Trabalhos Especiais (SpecialDuty);
40 - 3.000hpde potncia de trao; 2 - controle de excitao e potncia
utilizando cartes eletrnicos; 2T - especiais para operao em
tneis.Antes de entrarem em operao nas ferrovias brasileiras de
bitola mtrica, as locomotivas SD 40 usadas, que estavam operando na
bitola standard das ferrovias americanas e canadenses, demandam o
conjunto de alteraes/modificaes descritas a seguir.Por atenderem
com eficincia as adaptaes propostas, os seguintes equipamentos do
projeto original da locomotivo permanecem inalterados: Motor diesel
Dispositivos de proteo do motor diesel Gerador de trao Soprador de
arrefecimento dos motores de trao e alternador de trao Gerador
auxiliar Compressor Distncia entre os dois centro de pioMotores de
traoEm funo da bitola mtrica, se fez necessrio substituio dos
motores de trao.Os motores de trao GM D77/D87 originais foram
substitudos por motores de trao GM D31. de vital importncia
utilizao dos 3.000hpdisponveis para trao, que podem ser
completamente aproveitados com a utilizao de somente 6 motores de
trao do tipo GM D31, no entanto, devido s limitaes: carga por eixo
da ferrovia (25ton), carga por eixo do rodeiro utilizado (22,5ton)
e peso total da locomotiva (180ton), foi necessria a utilizao de 8
motores de trao, o que produz uma carga por eixo de 22,5ton/eixo.A
relao de engrenagem foi adequada para o motor GM D31 (64:13), de
modo que o esforo de trao produzido se mantivesse o mais prximo do
apresentado pela locomotiva original.TruquesA utilizao de 8 motores
de trao GM D31 obriga a substituio dos truques C-C por truques do
tipo Bo-Bo.Fig. 3 - Truques C-CFig. 4 - Truques Bo-Bo
Os truques do tipo Bo-Bo so constitudos por dois truques do tipo
B articulados por uma travessa, denominada porSpan Bolster.
Fig. 5 -Vista do SpanBolster instalado sobre os truques
O desenvolvimento dos truques Bo-Bo para aplicao de motores de
trao GM D31 foi baseado na adaptao dos truques Bo-Bo das
locomotivas GE Dash 9. Como os motores de trao GM D31 tm dimenses
externas maiores que as dos motores GE 761 empregados nas
locomotivas GE Dash 9, foi necessrio aumentar em aproximadamente
200mmo comprimento dos truques B.Por serem articulados, os truques
Bo-Bo permitem a inscrio da locomotiva em trechos com raio de
curvatura de at 70m, comuns nos traados das centenrias ferrovias
brasileiras.Sendo os truques Bo-Bo das locomotivas Dash 9
desenvolvidos para motores GE 761 com rodas de 36, se fez necessria
modificaes noSpan Bolsterpara permitir que rodas de 40, utilizadas
pelos motores GM D31, fossem utilizadas sem que pegassem na
estrutura doSpan Bolsternas condies de curvas fechadas.Componentes
do sistema de freio nos truquesO novo modelo de truques requer o
desenvolvimento de equipamentos do sistema de freio instalados nos
truques como: cilindros de freio, timonerias, ajustadores e rotas
das canalizaes.
Fig. 6 - Sistema de freio instalado nos truques
Dutos de ar de refrigerao dos motores de traoAs sadas de ar de
refrigerao dos motores de trao na chapa de fundo da plataforma
devem ser acrescidas e reposicionadas em funo do nmero de motores
de trao e do novo modelo de truque.
Fig. 7 - Vista da sada de ar de refrigerao na chapa de fundo da
plataforma
PlataformaA locomotiva tem a plataforma como seu elemento
principal, que basicamente constituda de duas vigas longitudinais
tipo I e de duas vigas transversais, onde esto localizados os
pontos de apoio dos truques (centro de pio). Nas duas extremidades
da plataforma so fixados os engates, que transmitem os esforos de
trao para os vages. As vigas so unidas na sua parte superior e
inferior por chapas, formando uma galeria que utilizada para o
transporte do fluxo de ar de arrefecimento dos armrios eltricos e
dos equipamentos rotativos eltricos, alternador e motores de
trao.Fig. 8 - Montagem das duas vigas longitudinaisFig. 9 -
Detalhes da plataforma
A instalao dos truques Bo-Bo sob a locomotiva demanda o
alongamento de sua plataforma, tanto na parte dianteira como na
parte traseira (em torno de 1.200mm).
Fig. 10 - Esquemtico do alongamento da plataforma
Os alongamentos so realizados com chapas e vigas metlicas, e em
seguida as testeiras so retornadas.Fig. 11 - Vista do alongamento
da traseiraFig. 12 - Vista do alongamento da dianteira com a
testeira
Tanque de combustvelA instalao dos truques Bo-Bo sob a
locomotiva e a manuteno da distncia entre os centro de pio,
demandam uma reduo no comprimento do tanque de combustvel (em torno
de 600mm), atravs de um corte realizado no seu centro.
Fig. 13 - Vista da regio de corte do tanque de combustvel
LastroA troca dos truques e o aumento do comprimento da
locomotiva fazem com que seu peso seja aumentado. Para manter o
peso original da locomotiva necessrio que parte do lastro instalado
durante a fabricao da mesma seja retirada. A retirada do lastro
deve ser realizada tendo em conta que a contra-flecha da plataforma
deve ser mantida.Aparelho de choque e traoO aparelho de choque e
trao da locomotiva original no permite a inscrio da locomotiva em
curvas de raio fechado, sendo necessria a sua substituio por um
aparelho semelhante ao utilizado na locomotiva DDM 45.Fig. 14 -
Aparelho de choque trao originalFig. 15 - Aparelho de choque e trao
da DDM 45
A altura do centro dos engates corrigida para a bitola mtrica
(750mm), o que exige tambm o reposicionamento da bolsa do
engate.
Fig. 16 - Alterao da altura do engateFig. 17 - Reposicionamento
da bolsa do engate
Sistema de areeirosCom a substituio dos truques da locomotiva, o
sistema de areeiros tambm precisa ser adaptado. Foram instalados
novos bicos e canalizaes.
Fig. 18 - Vista dos bicos dos areeiros
CarroariaSobre a plataforma so inseridos os equipamentos
protegidos pelas cabines.A carroaria da locomotiva formada pelas
cabines. A cabine do operador soldada diretamente na estrutura e as
demais removveis para facilitar a retirada dos equipamentos que
elas protegem.Em funo do gabarito centenrio das ferrovias,
verificou-se que algumas obras de arte determinam que o ponto mximo
da altura da locomotiva no pode ultrapassar a 4,70m.Aps a instalao
dos truques Bo-Bo foi verificada a necessidade de: Deslocamento da
buzina instalada sobre a cabine do maquinista; Deslocamento da
antena de radiocomunicao instalada sobre a cabine do maquinista;
Retirada do equipamento de ar condicionado instalado sobre a cabine
do maquinista; Rebaixamento da tampa superior do compartimento do
filtro de inrcia; Deslocamento dos resistores de freio dinmico;
Deslocamento e rebaixamento da cabine do radiador de resfriamento
do motor diesel;
Fig. 19 - Esquemtico do rebaixamento da locomotiva SD 40-2
Cabine dos radiadores de resfriamentoNas locomotivas SD 40-2,
para realizao do rebaixamento da altura dos ventiladores do sistema
de resfriamento do motor diesel, necessrio que a cabine dos
radiadores de resfriamento seja deslocada para a parte posterior da
plataforma em 1.600mme ao mesmo tempo rebaixada em aproximadamente
150mm.Fig. 20 - Vista do deslocamento da cabine dos radiadores de
resfriamento da SD 40-2
O rebaixamento da cabine dos radiadores de resfriamento do motor
diesel exigiu a modificao do reservatrio traseiro do sistema de
areeiros da locomotiva.
Fig. 21 - Vista da modificao do reservatrio traseiro do sistema
de areeiros
Resistores de freio dinmicoA dificuldade de rebaixar o
compartimento do freio dinmico demandou o deslocamento do conjunto
dos resistores de freio dinmico com seus respectivos ventiladores
de resfriamento para a parte inferior da cabine dos radiadores de
resfriamento do motor diesel.
Fig. 22 - Esquemtico do deslocamento dos resistores de freio
dinmico na locomotiva SD 40-2T
Operao em traoO projeto original possui dispositivos para
acionamento de apenas seis motores de trao, com ligao do tipo
Srie-Paralela e transio para ligao Paralela.Fig. 23 - Ligao
Srie-ParalelelaFig. 24 - Ligao Paralela
Com a modificao de seis para oito motores de trao, passou-se a
usar somente a ligao do tipo Paralela, todavia, as chaves de
transio para a ligao Srie-Paralela no foram eliminadas.
Fig. 25 - Esquemtico da ligao dos oito motores de trao D 31
Aps a definio do tipo de operao (trao ou frenagem dinmica) e o
sentido de deslocamento (frente ou r) pelas chaves BKT (Breaking
Switch) e reversoras necessrio completar o circuito de modo a
conect-lo ao barramento do alternador de trao.Fig. 26 - Contator
PFig. 27 - Chave BKT
Os motores de trao so acoplados ao alternador de trao pelos
contatores de potncia (P), necessrio para um melhor controle dos
motores de trao que seja utilizado um contator de potncia para cada
motor, como a quantidade de motor de trao foi alterada, logo foi
necessrio alterar a quantidade de contatores de potncia.Com a adio
de dois novos motores de trao foi necessrio adicionar dois novos
contatores de potncia (P) e fazer alterao nos circuitos
complementares desses dispositivos, alm de demandar um aumento e a
criao de novas rotas dos cabos que os alimentam.
Fig. 28 - Novas rotas de cabos de alimentao dos motores de
trao
A utilizao de oito motores exigiu um aumento da corrente de sada
do gerador de trao, sendo necessria modificao do circuito de
controle da excitao.Operao em frenagem dinmicaCom a finalidade de
no se aumentar o custo da transformao, foi feita opo de no alterar
o nmero de resistores de freio dinmico, isto , o nmero foi mantido,
mas a configurao foi modificada.
Fig. 29 - Esquemtico da ligao dos oito motores de trao D 31
Em funo da reconfigurao dos resistores do freio dinmico, os
circuitos de controle e proteo da frenagem dinmica tambm foram
revistos e modificados.AutocargaPor ser muito utilizada pelo
pessoal da manuteno para ajuste dos parmetros funcionais da
locomotiva, a funo autocarga preservada, mas tambm com
modificaes.Fig. 30 - Ligao com seis motoresFig. 31 - Ligao com oito
motores
Sistema de controle de patinaoEm funo da reconfigurao dos
motores de trao, os circuitos de controle de patinao de rodas tambm
foram revistos e modificados.SimulaesAtravs de mtodos
computacionais de Elementos Finitos foram realizados estudos para
determinao e correo de comportamentos indesejveis da estrutura
modificada pelo projeto.
Fig. 33 - Modelamento da estrutura para estudo de Elementos
Finitos
Para comprovao da facilidade de inscrio da locomotiva em curvas
de raio fechado foram feitas simulaes computacionais e testes de
campo.
Fig. 34 - Testes de campo nas condies de curvas fechadas
ConclusesDependendo do tipo da ferrovia, uma anlise do LCC
(LifeCostCicle) demonstra que as locomotivas SD 40, mesmo que seja
necessria a sua adaptao para a bitola mtrica, se mostra uma soluo
competitiva com a aquisio de locomotivas novas de prateleira
existente no mercado americano.Curva de esforo de traoO esforo de
trao apresentado pela locomotiva modificada semelhante ao
desenvolvido pela locomotiva original.
Fig. 35 Curvas de Esforo de Trao x Velocidade
Curva de esforo de frenagem dinmicaO esforo de frenagem
apresentado pela locomotiva modificada menor que o desenvolvido
pela locomotiva original, mas suficiente para a categoria de servio
da ferrovia.
Fig. 36 Curvas de Esforo de Frenagem x Velocidade
