BR112017005386B1 - Unidade de laminação para a usinagem de superfícies de rolamento da roda de conjuntos de rodas para veículos sobre trilhos - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a uma unidade de laminação para a usinagem de superfícies de rolamento da roda de conjuntos de rodas para veículos sobre trilhos, em que, a unidade de laminação apresenta pelo menos um cilindro de laminação fixa, com o qual a superfície de rolamento da roda a ser usinada depois da fabricação do conjunto de rodas no novo estado ou em um instante mais tarde depois de um reperfilamento é submetida a uma usinagem de laminação fixa, para o aumento da vida útil das superfícies de rolamento da roda. é solucionada a tarefa de criar uma unidade de laminação, com a qual superfícies de rolamento da roda possam ser laminadas mediante o emprego de cilindros de laminação fixa no processo de avanço. essa tarefa é solucionada pelo fato de que a unidade de laminação apresenta um corpo de base (1) sobre o qual está disposto um braço de suporte (2) perpendicular à superfície de base, no qual está apoiada uma recepção (5) que está fixada na posição em um lado no braço de suporte (2) através de uma rosca, e sobre a qual está disposto um mancal de esferas oblíquo (4), sobre o qual está apoiado um cilindro de laminação fixa (3), o qual apresenta pelo menos dois raios de laminação (r1; r2) diferentes.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a uma unidade de lamina- ção para a usinagem de superfícies de rolamento da roda de conjuntos de rodas para veículos sobre trilhos, sendo que, a unidade de la- minação apresenta pelo menos um cilindro de laminação fixa com o qual a superfície de rolamento da roda a ser usinada depois da fabri-cação do conjunto de rodas no novo estado ou em um instante mais tarde depois de um reperfilamento é submetida a uma usinagem de laminação fixa, para o aumento da vida útil das superfícies de rolamento da roda.
[0002] Veículos sobre trilhos normalmente são equipados com conjuntos de rodas, com os quais um contato permanente é garantido entre o veículo e o corpo da via, e, por conseguinte, um apoio seguro e uma guia do respectivo veículo sobre trilhos. Através desse contato de rolamento os conjuntos de rodas são solicitados imediatamente e são relevantes para a segurança para um movimento controlado do veículo. Na atuação conjunta com o trilho a geometria da superfície de rolamento da roda define o rolamento dos veículos. Por isso na manutenção de veículos sobre trilhos é atribuída uma especial importância ao conjunto de rodas. As altas exigências à confiabilidade e à qualidade exigem um controle regular e uma avaliação do estado atual do componente e do estoque de desgaste disponível.
[0003] Na operação de condução, devido aos movimentos perma nentes de deslizamento e de rolamento, o sistema de trilho e roda está sujeito a diversos mecanismos de desgaste. A deformação do perfil da superfície de rolamento da roda resultante disso, ao lado de uma fonte de interferência acústica para os passageiros e para o ambiente tam- bém representa um perigo da falha do material para o conjunto de rodas e componentes circundantes como, por exemplo, mancal da roda e chassi. Esse problema deve ser evitado de modo considerável através do mencionado reperfilamento do perfil da superfície de rolamento da roda.
[0004] No caso da forma do perfil das superfícies de rolamento da roda é almejada uma guia segura, confortável no movimento e com pouco desgaste. Por isso são realizados contornos, que levam em consideração o desgaste natural entre a roda e o trilho. No caso ideal, durante a operação dos veículos sobre trilhos os contornos não devem se alterar ou devem se alterar apenas ligeiramente.
[0005] O desgaste que surge devido à remoção de material na ro da e no trilho é dependente primariamente da potência de atrito na zona de contato e do emparelhamento de material. Em princípio, neste caso, é diferenciado entre um desgaste de superfícies de rolamento e friso da roda. Através da reunião desses dois perfis de desgaste resulta um perfil de desgaste possível, o qual deve ser reperfilado.
[0006] Um reperfilamento desse tipo pode ser realizado com má quinas de usinagem do conjunto de rodas, as quais são conhecidas nas mais diversas variantes, por exemplo, como execução sob o piso ou sobre o piso, bem como em forma de construção de leito plano e de portal. Com as máquinas de usinagem do conjunto de rodas são usinadas as superfícies de rolamento da roda com emprego de processos com levantamento de aparas, de preferência, por meio de torneamento, de tal modo que essas máquinas também são designadas como torno de conjunto de rodas.
[0007] Partindo do reconhecimento que através da introdução de tensões residuais de pressão nas superfícies de corpos de rotação si-métrica pode ser melhorado o comportamento de desgaste, já foi su-gerido submeter seções selecionadas de conjuntos de rodas imedia- tamente depois da fabricação da roda no novo estado ou mais tarde depois de um reperfilamento bem sucedido a uma usinagem de lami- nação fixa adicional. Por conseguinte, pode ser obtido um aumento de mais vida útil das superfícies de rolamento da roda por meio da lami- nação fixa.
[0008] A laminação fixa da superfície é uma conformação mecâ nica minimamente invasiva da camada marginal do componente. Neste caso, corpos de laminação apropriados são conduzidos sob pressão de compressão definida através da superfície do componente pronto. A área direta de contato do componente é deformada plasticamente e a área de contato adjacente é deformada elasticamente. Em função das relações de contato respectivamente concretas a superfície é sim-plesmente alisada, sendo que, pequenos entalhes são nivelados ou o material é solidificado no volume deformado plasticamente.
[0009] Por conseguinte, no caso de emprego da laminação fixa para conjuntos de rodas, através de solidificação a frio das superfícies de rolamento da roda é obtido um alisamento ou uma redução da rugosidade da superfície, um endurecimento da camada de borda e uma introdução de tensões residuais de pressão na zona de borda. Através da conformação podem ser reduzidas tensões residuais pre-judiciais existentes na camada de borda da peça a ser trabalhada provenientes da pré-usinagem com levantamento de aparas. Na atuação conjunta de deformações elásticas e plásticas um estado de tensão residual vantajoso de resistência moderada é reestampado. Na camada de borda externa, depois da laminação fixa estão disponíveis tensões residuais de pressão, as quais causam uma redução do desgaste das superfícies de rolamento da roda ou um aumento da potência de rolamento das rodas de veículos sobre trilhos. Deste modosão restritos de modo considerável tanto o surgimento de eventuais trincas como também seu progresso. Esse tratamento de superfí- cie exclusivamente mecânico através de laminação fixa é um processo muito efetivo, amigável ao meio ambiente e cuidadoso quanto aos recursos.
[00010] No documento de patente alemão DE 808 197 é descrito um cilindro para a laminação fixa de abas do eixo em conjuntos de rodas de ferrovia. A superfície de trabalho desse cilindro de laminação fixa é constituída de um corpo de base de forma cilíndrica. Durante a laminação fixa o eixo do cilindro de laminação fixa passa inclinado em relação ao eixo da aba do eixo, e gera sobre a superfície a ser usinada uma impressão estendida longamente em forma de gota. Em conse-quência disso na área da impressão, através da laminação fixa são introduzidas tensões residuais na superfície das abas do eixo, razão pela qual o surgimento de novas trincas deve ser evitado ou trincas já existentes devem ser levadas a uma paralisação. No resultado através da laminação fixa é obtido um aumento da vida útil de um conjunto de rodas.
[00011] Uma outra abordagem de solução para a laminação fixa de eixos cilíndricos é conhecida do documento de patente alemão DE 843 822. Esse dispositivo apresenta um ou vários cilindros de laminação fixa. Neste caso, cada cilindro de laminação fixa está apoiado em um suporte giratório, cujo eixo de giro passa perpendicular ao movimento de avanço do cilindro de laminação fixa e aproximadamente perpendicular ao eixo do conjunto de rodas.
[00012] Com o dispositivo para a laminação fixa de superfícies de desgaste no perfil de conjuntos de rodas pré-torneados de acordo com o documento de patente alemão DE 1 278 274 podem ser ajustadas diferentes posições relativas entre o cilindro de laminação fixa, sua di-reção de avanço e o eixo de rotação do conjunto de rodas.
[00013] Embora a partir dos achados acima conhecidos bem como de outros para o estado da técnica já sejam conhecidas diversas vari- antes para a de seções selecionadas de eixos do conjunto de rodas, além disso, existe necessidade de desenvolvimento. Essa necessidade resulta, em particular, do aspecto que superfícies de rolamento da roda são laminadas no processo de avanço, o qual com referência à geometria do componente e aos componentes de avanço resulta em exigências muito específicas aos cilindros de laminação fixa, que não devem ser preenchidas com as formas de execução conhecidas até o momento, ou só devem ser preenchidas sob condições.
[00014] A tarefa da invenção é criar uma unidade de laminação, com a qual superfícies de rolamento da roda possam ser laminadas mediante o emprego de cilindros de laminação fixa no processo de avanço.
[00015] Essa tarefa é solucionada pelo fato de que a unidade de laminação apresenta um corpo de base sobre o qual está disposto um braço de suporte perpendicular à superfície de base, no qual está apoiada uma recepção que está fixada na posição em um lado no bra-ço de suporte através de uma rosca, e sobre a qual está disposto um mancal de esferas oblíquo, sobre o qual está apoiado um cilindro de laminação fixa, o qual apresenta pelo menos dois raios de laminação diferentes.
[00016] Uma execução modificada prevê que a unidade de lamina- ção apresente um corpo de base sobre o qual está disposto um primeirobraço de suporte e um segundo braço de suporte, os quais passam respectivamente perpendiculares à superfície de base do corpo de base e paralelos um ao outro, sendo que, nos braços de suporte está apoiado um pino de recepção, o qual está fixado na posição nos dois lados e através de pelo menos uma rosca nos braços de suporte, e sobre o qual está disposto um mancal radial e axial, sobre o qual está apoiado um cilindro de laminação fixa, que apresenta dois raios de la- minação iguais ou diferentes.
[00017] Outras execuções vantajosas são objeto respectivamente de reivindicações subordinadas, cujas características técnicas serão esclarecidas em detalhes no exemplo de execução seguinte. São mos-trados:
[00018] Na Figura 1 uma primeira execução da unidade de lamina- ção na vista em perspectiva,
[00019] Na Figura 2 a unidade de laminação de acordo com a Figura 1 em representação em corte,
[00020] Na Figura 3 um detalhe de um cilindro de laminação fixa com representação de diversos raios,
[00021] Na Figura 4 uma segunda execução da unidade de lamina- ção na vista em perspectiva,
[00022] Na Figura 5 a unidade de laminação de acordo com a Figura 4 em representação em corte,
[00023] Na Figura 6 a sequência de laminação ao longo de superfície de rolamento da roda e raio usinagem de superfícies de rolamento da roda e raio do friso.
[00024] A unidade de laminação representada na Figura 1 e na Figura 2 é constituída de um corpo de base 1, sobre o qual está disposto um braço de suporte 2 perpendicular a essa superfície. O corpo de base 1 e o braço de suporte 2 atuam funcionalmente como um dispositivo de retenção, no qual está apoiado um cilindro de laminação fixa 3.
[00025] O cilindro de laminação fixa 3 cilíndrico apresenta pelo menos dois raios de laminação diferentes R1 e R2, os quais são evidentes em particular, da Figura 3. De modo alternativo também podem estar previstos outros raios de laminação R3 ... Rn. Neste caso, os raios de laminação R1 ... Rn formam em conjunto uma superfície de lami- nação em forma de gota, a fim de poder gerar pressões de superfície otimizadas sobre a superfície de rolamento da roda durante a lamina- ção fixa. Os raios de laminação são adaptados à geometria da superfí- cie de rolamento da roda a ser laminada. Assim os raios de laminação na execução de duas partes representada têm na área dianteira R1 entre 1 mm e 12 mm, e na área traseira R2, entre 1 mm e 500 mm. O cilindro de laminação fixa 3 pode ser constituído de aço temperado ou também de metal duro, e apresenta um diâmetro de cilindro entre 20 mm e 200 mm.
[00026] A fim de garantir um movimento de rotação de acordo com a função do cilindro de laminação fixa 3 é necessário um apoio. Esse apoio é realizado, de preferência, com um mancal de rolamento, porque mancais de rolamento são muito adaptáveis com respeito ao seu emprego através de diversas formas. Mancais de rolamento são capazes de carga, eles suportam altos números de rotações e também são parcialmente isentos de manutenção, na medida em que eles são equipados, por exemplo, com lubrificação permanente e vedação de lábio. No caso de aplicação sugerido como mancal de rolamento é empregado, de preferência, um mancal de esferas oblíquo 4 de duas carreiras. Um mancal de esferas oblíquo 4 desse tipo possibilita um bom compromisso com referência ao espaço de construção e à capacidade de carga. A fim de aumentar ainda mais a vida útil do mancal de esferas oblíquo 4 empregado, e minimizar o dispêndio de manutenção é sugerida uma execução com uma lubrificação permanente e com lábios de vedação colocados nos dois lados. De modo alternativo são possíveis outras variantes, por exemplo, mancais de esferas com sulcos, mancais de roletes cilíndricos ou mancais radiais e axiais combinados.
[00027] Uma recepção 5 apoiada no braço de suporte 2 deve conduzir as cargas durante a laminação fixa do cilindro de laminação fixa 3 através do mancal de esferas oblíquo 4 para o dispositivo de retenção. Condicionada pelo tipo de construção do mancal de esferas oblíquo 4 essa recepção é executada cilíndrica. A recepção 5 é fixada em um lado no braço de suporte 2 através de uma rosca do dispositivo de retenção. Para uma fixação de posição particularmente exata na re-cepção 5 está executado um flange de forma anelar, o qual é efetivo como encosto de rosca e, ao mesmo tempo, segura a recepção 5 contra torção através de um pino de aperto 6 com o braço de suporte 2 do dispositivo de retenção. A disposição de mancal apresenta, ao lado do pino de aperto 6, outros componentes como, por exemplo, anel de se-gurança ou porca ranhurada, os quais, contudo não estão providos de números de referência.
[00028] O dispositivo de retenção constituído de braço de suporte 2 e corpo de base 1 forma uma unidade de acoplamento, observada funcionalmente, entre o cilindro de laminação fixa 3 e a máquina de usinagem. O dispositivo de retenção pode empregar ao invés do cabe-çote de corte rotativo existente para a usinagem de torno, ou pode ser acoplado de modo adaptativo com a máquina de usinagem ao lado do cabeçote de corte rotativo. Neste caso, os trajetos de deslocamento de avanço do cabeçote de corte rotativo da máquina de usinagem possi-bilitam a partida do perfil da superfície de rolamento da roda com o ci-lindro de laminação fixa 3 da unidade de laminação. Por conseguinte, o perfil da roda pode ser laminado fixamente através da superfície de rolamento até a cúpula do friso da roda, de tal modo que a construção é muito bem apropriada para usinagens referentes a isso.
[00029] Desde que, contudo, a totalidade do perfil de roda, portanto, a superfície de rolamento tiver que ser laminada até o interior da superfície do flange, essa unidade de laminação precisa ser girada em torno de 180odepois da usinagem da primeira área na máquina. Por isso é sugerida uma outra forma de execução, na qual a geometria do cilindro apresenta uma periferia adaptada, de tal modo que com isso, todo o perfil da roda - superfície de rolamento, raio do flange e superfície do flange - pode ser usinado em somente uma etapa.
[00030] A construção básica de uma unidade de laminação modificada de modo correspondente é evidente da Figura 4 e da Figura 5.
[00031] Do mesmo modo, essa unidade de laminação é constituída de um corpo de base 1, sobre o qual está disposto um primeiro braço de suporte 2 disposto perpendicular ao corpo de base. Além disso, nesse caso está previsto um segundo braço de suporte 7, o qual está apoiado, do mesmo modo, no corpo de base 1 e passa paralelo ao primeiro braço de suporte 2. O corpo de base 1, bem como os dois braços de suporte 2 e 7 atuam de modo funcional como um dispositivo de retenção, no qual está apoiado um cilindro de laminação fixa 3.
[00032] Os raios de laminação R1 e R2 do cilindro de laminação fixa 3 cilíndrico podem ser iguais, contudo eles também podem ser diferentes. Esses raios de laminação R1 e R2 são adaptados à geometria da superfície de rolamento da roda a ser laminada, e tem aqui o valor entre 3 mm e 30 mm. O cilindro de laminação fixa 3 pode ser constituído de aço temperado ou também de metal duro, e apresenta um diâmetro de cilindro entre 20 mm e 200 mm.
[00033] Para o movimento de rotação funcionalmente correto do cilindro de laminação fixa 3, nessa variante é empregado, de preferência, um mancal radial e axial combinado 8-9. De modo alternativo também são possíveis outras variantes, por exemplo, mancais de esferas com sulcos, mancais de roletes cilíndricos ou mancais de deslizamento.
[00034] Um pino de recepção 5 apoiado nos braços de suporte 2 e 7 deve conduzir as cargas durante a laminação fixa do cilindro de la- minação fixa 3 através do mancal radial e axial combinado 8-9 na direção do dispositivo de retenção. Condicionada ao tipo de construção do mancal, essa recepção é executada cilíndrica. Nesse caso, o pino de recepção 5 é fixado nos dois lados no dispositivo de retenção através de uma rosca. Estão previstos dois flanges, a fim de absorver os com- ponentes axiais do mancal radial e axial 8-9 e remover forças axiais para o dispositivo de retenção.
[00035] Observado funcionalmente, o dispositivo de retenção constituído de corpo de base 1 e braços de suporte 2 e 7 é a unidade de acoplamento entre o cilindro de laminação fixa 3 e a máquina de usi- nagem. Ao invés do cabeçote de corte rotativo existente para o torne-amento, esse dispositivo de retenção deve ser trocado ou acoplado de modo adaptado para as superfícies de rolamento da roda, ao lado do cabeçote de corte rotativo com a máquina de usinagem.
[00036] A Figura 6 mostra exemplarmente a sequência de lamina- ção ao longo de todo o perfil em seis posições de a) até f). Nesse caso, a direção de avanço do cilindro de laminação fixa 3 passa da direita para a esquerda.
[00037] A unidade de laminação descrita nas duas execuções é apropriada tanto para tornos de conjunto de rodas sob o piso como também sobre o piso em forma de construção de leito plano e de portal. Do mesmo modo, com a unidade de laminação é possível uma usinagem de rodas de ferrovia em todos os tornos usuais. Além disso, essa unidade de laminação também pode ser empregada para a usi- nagem de rodas de monobloco forjadas na área da fabricação de rodas através de centros de usinagem de rodas verticais. Por conseguinte, a unidade de laminação de acordo com a invenção pode ser usada na laminação fixa das superfícies de rolamento da roda de tipos diversos de veículos sobre trilhos, do trem de alta velocidade até o trem de subúrbio na área de ferrovia e para veículos mais leves como bondes e metrôs. Lista dos números de referência 1 corpo de base do dispositivo de retenção 2 primeiro braço de suporte do dispositivo de retenção 3 cilindro de laminação fixo 4 mancal de esferas de duas carreiras 5 recepção/pino de recepção 6 pino de aperto 7 segundo braço de suporte do dispositivo de retenção 8-9 mancal radial e axial combinado R1 raio do cilindro de laminação fixa R2 raio do cilindro de laminação fixa
Claims (8)
1. Unidade de laminação para a usinagem de superfícies de rolamento da roda de conjuntos de rodas para veículos sobre trilhos, em que, a unidade de laminação apresenta pelo menos um cilindro de laminação fixa com o qual a superfície de rolamento da roda a ser usi-nada depois da fabricação do conjunto de rodas no novo estado ou em um instante mais tarde depois de um reperfilamento é submetida a uma usinagem de laminação fixa, para o aumento da vida útil das superfícies de rolamento da roda, caracterizada pelo fato de que a unidade de laminação apresenta um corpo de base (1) sobre o qual está disposto um braço de suporte (2) perpendicular à superfície de base, no qual está apoiada uma recepção (5) que está fixada na posição em um lado no braço de suporte (2) através de uma rosca, e sobre a qual está disposto um mancal de esferas oblíquo (4), sobre o qual está apoiado um cilindro de laminação fixa (3), o qual apresenta pelo menos dois raios de laminação (R1; R2) diferentes, a recepção (5) apresenta um flange de forma anelar, o qual é executado como um encosto de rosca, e em ligação efetiva com um pino de aperto (6), como uma segurança contra torção.
2. Unidade de laminação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o raio de laminação na área dianteira (R1) do cilindro de laminação fixa (3) tem entre 1 e 12 mm, e o raio de laminação na área traseira (R2) do rolo de laminação fixa (3) tem entre 1 e 500 mm.
3. Unidade de laminação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mancal de esferas oblíquo (4) é exe-cutado com duas carreiras, e apresenta uma lubrificação permanente, bem como lábios de vedação colocados em ambos os lados.
4. Unidade de laminação para a usinagem de superfícies de rolamento da roda de conjuntos de rodas para veículos sobre trilhos, em que, a unidade de laminação apresenta pelo menos um cilindro de laminação fixa com o qual a superfície de rolamento da roda a ser pro-cessada depois da fabricação do conjunto de rodas no novo estado ou em um instante mais tarde depois de um reperfilamento é submetida a uma usinagem de laminação fixa, para o aumento da vida útil das su-perfícies de rolamento da roda, caracterizada pelo fato de que a uni-dade de laminação apresenta um corpo de base (1) sobre o qual estão apoiados um primeiro braço de suporte (2) e um segundo braço de su-porte (7), os quais passam respectivamente perpendiculares à superfície de base do corpo de base (1) e paralelos um ao outro, em que, nos braços de suporte (2; 7) está apoiado um pino de recepção (5), o qual está fixado na posição nos dois lados e através de pelo menos uma rosca nos braços de suporte (2; 7), e sobre o qual está disposto um mancal radial e axial (8-9), sobre o qual está apoiado um rolo de lami- nação fixa (3), que apresenta dois raios de laminação (R1; R2) iguais ou diferentes, sendo que o pino de recepção (5) apresenta dois flanges de forma anelar, os quais são executados para a recepção dos componentes axiais do mancal radial e axial (8-9).
5. Unidade de laminação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que os raios de laminação (R1; R2) têm entre 3 mm e 30 mm.
6. Unidade de laminação de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizada pelo fato de que o cilindro de laminação fixa (3) é constituído de aço temperado ou de metal duro.
7. Unidade de laminação de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizada pelo fato de que o cilindro de laminação fixa (3) apresenta um diâmetro de cilindro entre 20 mm e 200 mm.
8. Unidade de laminação de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizada pelo fato de que os mancais são executados de modo alternativo como mancais de esferas com sulcos, mancais de roletes cilíndricos ou mancais de deslizamento.
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