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3.6.2.1. Introdução

O fator físico fundamental que determina e limita a capacidade de tração, frenagem e aceleração de um veículo é a aderência. Aderência é o atrito que existe entre as duas superfícies em contato, que assegura o deslocamento do veículo por se opor à patinagem da roda. No caso dos veículos ferroviários, entre a roda ferroviária e o trilho.

Esse fenômeno pode ser explicado pelo fato de que ambas as superfícies em contato possuírem um certo grau de rugosidade, e se entrelaçam durante o contato. As forças de atração intermolecular também contribuem sensivelmente para que este “agarramento" ocorra. Quando uma força tangencial é aplicada à roda, as deformações elásticas permitem uma ligeira rotação à roda, mesmo que não haja desligamento entre as duas superfícies, havendo, porém uma pequena variação entre o deslocamento linear do cubo da roda e o percurso real efetuado por um ponto situado na periferia do seu aro: o pseudodesligamento.

Esse pseudodesligamento persiste até o limite elástico do material da roda, quando então ocorre o desligamento puro da roda sobre o trilho. Saliente-se que sem essas deformações nenhuma força seria transmitida.

Pode-se observar que:

 Para uma roda de 914mm (36") de diâmetro e carga de 10.000kgf, a área de contato em virtude das deformações, é de apenas 150mm2, sendo que somente uma fração disso é responsável pela aderência;

 As deformações causam os seguintes esforços: NA RODA:

 Na frente da superfície de contato - compressão;  Atrás da superfície de contato - tração.

NO TRILHO:

 Na frente da superfície de contato - tração;  Atrás da superfície de contato - compressão.

Na prática, a força de tração possível de ser transmitida começa crescendo ligeiramente, e depois decresce rapidamente na medida em que a velocidade de deslizamento aumenta.

Com os sistemas modernos de detecção e correção de patinação tem sido conseguido níveis de aderência bastante elevados: cerca de 26% onde antes se atingia média de apenas 20%.

Isto pode causar um pequeno aumento do desgaste das rodas e dos trilhos, mas o acréscimo na tração é muito mais vantajoso do que este desgaste.

Por outro lado, deve-se levar em consideração o fato de que as rodas do primeiro rodeiro do veículo, além de guiarem as outras, também limpam os trilhos, melhorando assim as condições de aderência das rodas posteriores do trem; favorecendo a tração de locomotivas comandadas ou de motrizes acopladas a uma composição ferroviária.

Como observação interessante, uma locomotiva ou um carro motor moderno, com motores de tração de corrente alternada, pode manter um nível de aderência de até 36%, mesmo em condições meteorológicas adversas.

3.6.2.2. Fatores que afetam a Aderência

Os níveis de aderência podem sofrer influências de muitos fatores, como por exemplo:

 Rodas desbalanceadas são um item muito importante, principalmente nas altas velocidades;

 Rodas excêntricas, empenadas, ou montadas fora do centro do rodeiro;  Rodas de um mesmo rodeiro com diâmetros diferentes;

 Condições das superfícies dos trilhos e da via permanente, junções, fixações etc.;  Efeitos de transferência de peso e de massas girantes;

 Ligações elétricas dos motores de tração em série, série - paralelo ou todos em paralelo, sendo esta última condição que resulta em melhor aproveitamento da aderência;

 Sistemas de detecção e correção de patinação;  Habilidade do maquinista.

Saliente-se que o efeito de transferência de peso, é também conhecido como efeito de cabragem. Em tração, por exemplo, quando uma locomotiva ou carro motriz de peso bem

distribuído está estacionado, todos os seus eixos estão recebendo a mesma quantidade de carga.

Todavia, quando o veículo motriz está puxando uma composição, o centro de gravidade do veículo tende a se deslocar para trás, e em conseqüência o eixo líder de cada truque tende a empinar, transferindo parte de sua carga para os outros eixos do truque.

3.6.2.3. Efeitos da Perda de Aderência

Em um veículo ferroviário, a aderência tanto poderá ser afetada durante a tração (patinação), como na frenagem (deslizamento).

Assim, na tração são passíveis de ocorrer os seguintes defeitos:  Redução, ou até mesmo, perda da força de tração;  Choques internos na composição;

 Problemas nos motores elétricos e geradores;  Desgastes anormais nas rodas e nos trilhos;

 Sobre-aquecimento súbito das rodas, com conseqüências graves.

Já na frenagem pode existir deslizamento, aumentando as distâncias de parada e causando covas (ou calos) nas superfícies de rolamento das rodas e sobre-aquecimento; sendo que este último pode ser responsável pelo aparecimento de defeitos térmicos (e mecânicos) nas rodas e nos trilhos.

As covas (calos) nas rodas são causadoras de diversos problemas, tais como:  Defeitos nos comutadores dos motores de tração;

 Trepidações, aumentando os “movimentos parasitas” e, por conseguinte, diminuindo o nível de aderência;

 Defeitos na estrutura do veículo e nos rolamentos das mangas dos eixos;  Necessidade de imobilização do veículo para torneamento das rodas;  Aumento da resistência ao rolamento do trem.

3.6.2.4. Níveis de Aderência adotados para Tração

Na partida adotam-se níveis de aderência de 25% a 35%, enquanto que com o trem em marcha os valores variam de 20% a 26%.

Observe-se, ainda, que os coeficientes de aderência maiores correspondem a veículos equipados com eficientes sistemas de detecção e correção de patinação. Por outro lado, veículos equipados com motores de tração a corrente alternada, podem obter níveis de aderência superiores a 45% na partida e cerca, de 36% em marcha.

3.6.3. Resistência ao Movimento