PT98969A

PT98969A - Ligacao de engate rotativa e elemento de engate rotativo para veiculo de caminho de ferro

Info

Publication number: PT98969A
Application number: PT98969A
Authority: PT
Inventors: Horst T Kaufhold
Original assignee: Amsted Ind Inc
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-10-29
Also published as: MX9100739A; JPH04230468A; BR9102757A; KR950001453B1; EG19469A; RO111047B1; ZA914030B; KR920006183A; AU7736091A; EP0475632A1; ZW6091A1; CA2043457A1

Description

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HEHORIA.....DESCRITIVA BXít.Ê.Ç,^.Ú®D.%.§3.....do.....invento. 0 presente invento refere-se, em geral, a elementos de engate de veículos de caminho de ferro e„ em particular, a um engate rotativo, tendo um contorno composto entre a haste e a extremidade de ponta, Ús vagâos de caminho de ferro sáo ligados uns aos outros por elementos de engate, nomeadamente barras de tracção ou engates, As barras cie tracção são unidades integrais conhecidas, sendo utilizadas na indústria de caminho de ferro, de modo a prolongarem-se entre e ligarem permanentemente dois ou mais vagãos de caminho de ferro.. Os engates são unidades independentes em cada vagão, que se interligam uns com os outros entre os vagãos adjacentes, cie modo a formarem uma ligação. Em qualquer dos casos, uma haste e a extremidade de ponta da barra de tracção ou engate prolonga-se para a longarina central de um vagão de caminho de ferro, onde é fixa para transmitir cargas longitudinais para o vagão.

Os engates rotativos permitem que mercadorias, tais como minério, taconite, carvão, grão, fosfato e semelhantes, sejam descarregadas ou esvaziadas pela rotação individual de cada vagão, ao mesmo tempo que se mantém ligado a um vagão adjacente,.

Os engates utilizados correntemerite em aplicações rotativas têm superfícies de transição compreendendo contornos radiais, que se prolongam entre a haste e a extremidade de ponta no topo e fundo do engate.

Com a introdução de unidades de comboio de grande quilometragem e grande carga, as forças actuando nos engates aumentaram drasticamente. Um problema que ocorreu nos engates co rrentemente utilizados, com o advento do aumento da quilometragem e cargas, foi a formação de falhas por fadiga nos

72 679 AMSTED Case No, 6055-Kaufhold contornos radiais entre a haste e a extremidade de ponta do engate-., Se estas falhas se tornarem muito grandes, os engates podem partir, obrigando a que se desfaça a Ligação de engate. Outro problema com os engates utilizados correntemente, é que, uma vez que o engate se inclina vertical e horizontalmente dentro de um .jugo por dentro da longarina central, desenvolve-se metal entre o engate e o jugo, nos contornos radiais entre a haste e a extremidade de ponta da engate. Se o metal s© desenvolve muito, pode ocorrer um momento de flexão indesejável, que pode resultar numa maior tensão e potenciais rupturas ou falhas por fadiga. Estas potenciais falhas sao um problema suficientemente sério a considerar para modificação do projecto do engate.

Sumario.....do.....invento

Assim, é um objectivo do presente invento proporcionar um engate rotativo aperfeiçoado, que tenha um menor potencial para ruptura por fadiga na superfície de transição entre a haste e a extremidade de ponta do engate.

Pelo presente invento, propõe-se ultrapassar as dificuldades encontradas. Com este propósito, descobriu-se que., utilizando um contorno composto tendo um raio variável, em vez de um contorno tendo um raio constante, se reduz grandemente a concentração de esforços entre a haste e a extremidade de ponta do engate, distribuindo os esforços mais uriiformente por uma maior área de superfície. 0 contorno composto é construído igualmente de modo a rebaixar as superfícies da haste e da extremidade de ponta do engate, o que reduz o potencial desenvolvimento de metal. Apesar de ser preferível um contorno composto com forma de parabólica, podem ser igualmente utilizadas outras curvas, tendo raio variável, tais como elipses ou catenárias, para reduzirem a concentração de esforços- Esta redução da concentração de esforços, por seu lado, reduz a. possibilidade de ruptura por fadiga entre a haste e a extremidade de ponta do engate.

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No» 6055-Kaufhoid -*-4

Breve.....descrícâo.....dos.....desenhos

Nos desenhos'μη figura 1 é uma vista em alçado lateral» parcialmente em corte, de uma concretização preferida do invento, com certas peças retiradas para maior clareza; a figura 2 e uma vista plana d® topo em corte do aparelha mostrado na figura 1; a figura 3 è uma vista parcial elevada e aumentada mostrando um contorno radial prolongando-se entre uma haste e uma extremidade de ponta de um elemento de engate do ramo; a figura 4 έ uma vista em alçado parcial e aumentada, na qual foi adicionado um contorno composto preferido do presente invento e mostrado em comparação com o contorno radial da arte anterior a tracejado); e a figura 5 é um gráfico mostrando a aproximação de um exemplo de uma curva parabólica, de acordo com a concretização preferida do invento»

Descricão.....detalhada.....do.....invento

Nas figuras 1 e 2, um elemento de engate rotativo do Tipo F, representando o projeeto aperfeiçoada do presente invento, é mostrado em geral com o número 10« 0 elemento de engate 10 prolonga-se dentro de uma extremidade aberta 12 de uma longarina central, em geral 14, que é fixada longitudinalmente por baixo de um vagão de caminho de ferro (não mostrada)» A longarina central 14 é de construção normalizada» compreendendo um elemento de canal em forma de U invertido 16, tendo uma parede de topo 18, paredes laterais 20 e 22 e flanges voltadas para fora 24 e 26 no fundo aberto de baixo»

Um jugo de engate 30 esta localizado por dentro da longarina central 14 e inclui uma parede de fundo 32 e uma parede de topo 34» 0 jugo 30 está montado dentro da longarina central 14 num rato de suporte 36 e um canal de suporte 33, estando a m b o ·»? presos às flanges centrais 24 e 26»

Um conjunto de batente 40 esta fixo por dentro da

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No. 6055-Kaufhold -5- extremidade aberta 12 da longarina central 14 e inclui uma parede de topo 42 e paredes laterais 44 e 46, paredes laterais 44 e 46 que se prolongam para trás e aumentam gradualmente de espessura, terminando em encostas de batente 48 e 50, respectivamente.

Uma face esférica 52, numa extremidade de ponta 54, do elemento de engate 10 ajusta-se de encontro a uma face esférica coincidente 56 de um ajustador 58. 0 ajustador 58 está localizado entre a parede de fundo 32 e a. parede de* topo 34 do jugo 30, assim como entre as paredes laterais 20 e 22 da longarina centrai 14. 0 ajustador 58 é ainda mantido de encontro aos encostos de batente 48 e 50 do conjunto de batente 40 por uma engrenagem de tracção (não mostrada).

Uma porção frontal 60 do jugo 30 tem uma abertura 62, conduzindo a uma cavidade 64 para recepção da extremidade de ponta 54 do elemento de engate 10. A abertura 62 é alongada de lado-a-lado. Assim, a dimensão alongada da extremidade de ponta 54 está alinhada com a dimensão alongada da abertura 62 e inserida através da abertura 62 e na cavidade 64 do jugo. Uma vez cjue & extremidade de ponta 54 do engate tenha passado a abertura 62., a mesma é rodada de 90°, de modo que a dimensão alongada da extremidade de ponta 54 do engate já não fica alinhada com a dimensão alongada da abertura 62 do engate, e são inseridas chavetas de retenção 66 e 68 em rasgos 70 e 72 do jugo, de modo a evitar que a extremidade de ponta 54 do engate seja removida indesejavelmente da cavidade 64 do jugo durante a rotação. A parede de topo 32 e a parede de fundo 34 do jugo 30 aumentam em espessura ria porção frontal 60 do jugo 30 e incluem porções de receptáculo 74 e 76,, que recebem ressaltos 78 e 80 na extremidade de ponta 54 do elemento de engate 10, para centrarem a extremidade de ponta 54 do elemento de engate 10 dentro da longarina central 14 e transferirem as cargas de tracção do elemento de engate 10 para o conjunto de batente 40 e longarina central 14. As cargas de amortecimento, a partir do elemento de engate 10, são transmitidas directamente ao ajustador 58 que transfere as cargas para a engrenagem de tracção (não mostrada) e

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No, 60S5~K.au fhol d ~·6~ para encostos traseiros (não mostrados) para a transmissão para o lorigarina central 14„ Os ressaltos 78 e 80 da extremidade de ponta 54 do engate, e as porções de receptáculo 74 e 76 do jugo têm superfícies esféricas que, juntamente com as faces esféricas 52 & 56 da extremidade de ponta 54 do engate e o ajustador 58, respectivamente, permitem a inclinação horizontal e vertical do engate 10 dentro da extremidade de ponta 14» 0 elemento de engate 10 inclui ainda uma extremidade de cabeça 82 para interligação com outra cabeça de elemento de engate (não mostrada) de uma segundo vagão de caminho de ferro (não mostrado), e uma porção de haste 84, entre a extremidade de ponta 54 e a extremidade de cabeça 82 do elemento de engate 10- A porção de haste 84 tem uma parede de fundo 86, uma parede de topo 88, e paredes laterais 90 e 92» Os contornos de transição 94 e 96 prolongam-se entre a parede de fundo 86 da haste e o encosto esférico de fundo 78, assim como entre a parede de topo 88 da haste e o encosto esférico de topo 80, respectivamente»

Na arte anterior, estes contornos de transição compreendiam um contorno radial tendo um raio constante. Na figura 3 é mostrado um contorno de transição de topo 98 da arte anterior, prolongando-se entre uma parede de topo 100, de uma haste de engate 102, e um encosto esférico de topo 104, de uma extremidade de encosto 106 de engate» Tem sido no contorno de transição 98 que se têm descoberto a formação de falhas de fadiga» A figura 4 mostra um contorno de transição 96 alargado, prolongando-se da parede de topo 88 da porção de haste 84 e o encosto esférico de topo 80 da extremidade de ponta 54 do engate 10» Deverá entender—se que o perfil de projecto dos contornos de transição 94 e 96, de fundo e de topo é semelhante» 0 contorno radial de raio constante foi substituído pelo contorno parabólico 96, tendo um raio variável, que aumenta com a distância do encosto esferico 80 à extremidade de ponta 54 do engate» 0 perfil de projecto da arte anterior está mostrado a tracejado na figura 4, para ilustrar as modificações no dito perfil de projecto aperfeiçoado»

72 679 AMSTED Case No» 6055-Kaufhold A substituição do contorno parabólico 96 reduz grandemente a concentração de esforços entre a parede de topo 88 da porção de haste 64 do engate e o encosto esférico 80 da extremidade de encosto 34 do engate» distribuindo a carga sobre uma maior área de superfície curva e mais suave» nomeadamente ao longo de toda a curva parabólica 96» em vez do simples contorno radial 98 do perfil de projecto da arte anterior» Esta redução da concentração de esforços reduz a probabilidade de falhas por fadiga se formarem entre a porção de haste 84 e a extremidade de ponta 54 do elemento de engate 10»

Foi realizada uma comparação dos esforços estáticos entre o projecto aperfeiçoado e o projecto normalizado da. arte anterior. Baseado em cargas axiais de traecão até 1334»466 KN, o projecto aperfeiçoado proporcionava uma redução média de esforços de aproximadamente 30% em relação ao projecto normalizado da arte anterior na área de transição entre a haste 84 e a extremidade de ponta 54 do engate» Estes resultados indicam que o projecto aperfeiçoado do presente invento proporcionará uma maior resistência â fadiga» 0 contorno parabólico 96 rebaixa uma porção da parede de topo 88 da haste 84 de tracção e do encosto esférico 80 da extremidade de ponta 54 do engate, que elimina igualmente o desenvolvimento potencial de metal» que pode adicionar um momento de flexão indesejável e» por seu lado, maior tensão, quando o elemento de engate 10 está inclinado dentro do jugo 30» É preferível um contorno parabólico devido ao espaço reduzido que esta disponível ao longo do eixo dos xx e dos yy, como é mostrado na figura 4» A distância ao longo do eixo dos yy pode não ser grandemente aumentada em relação ao projecto da arte? anterior, uma vez que o contorno não se pode prolongar mais alto para o encosto esférico 80 da extremidade de ponta 54 do engate, que faz interface com a porção de receptâculo 76 do jugo 30» Uma tal extensão do contorno resultaria na perda de íntermutabilidade com jugos de projecto actual» A distância ao longo do eixo dos yy pode ser aumentada ligeiramente no fundo, rebaixando a parede de

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No. 6055-Kaufhold "8” topo 88 da porção de haste 84 do engate, como é mostrado na figura 4. Mo entanto, a distância ao longo do eixo dos xx é maior no projecto aperfeiçoado, ã medida que o contorno parabólico se prolonga, ma is ainda para a parede de topo 88 da porção de haste 84 do engate, na direcção da extremidade de cabeça 82 do engate,,

Para se construir um perfil de contorno parabólico 96, aproximado, a distância ao longo do eixo dos xx e dos yy pode ser dividida no mesmo numero de segmentos e numerados identicamente do topo para o fundo e da esquerda para a direita, como está mostrado na figura 5,. Os pontos tendo o mesmo numero sâo então ligados por linhas a cheio resultando numa espiral de raio gradualmente crescente, que se aproxima de uma curva parabólica. 0 contorno parabólico 96 pode ser igualmente construído utilizando a equação da parábola y* ~ 2fx, com a origem da parábola localizada no ponto 108 onde o encosto esférico 80 da extremidade de ponta 54 do engate encontra o contorno 96, como está mostrado na figura 4„ A constante f na equação da parábola é escolhida de acordo com o limite de espaço dos xx e dos yy para a transição da haste e encosto dada.

Apesar de ser preferível um contorno parabólico, outras curvas compostas de raio variável, tal como elipses ou catenárias, reduziriam igualmente a concentração de esforços» Mais ainda, enquanto uma cabeça de engate do tipo F e mostrada nos desenhos, podem ser feitas modificações idênticas em outros tipos de engates de modo a obter-se o mesmo resultado. A descrição e desenhos antecedentes explicam e ilustram o melhor modo conhecido do invento, e os peritos na arte que tenham acesso á descrição estarão aptos a fazer modificações e variações sem se desviarem do âmbito do invento que está definido nas rei vindicações segu i n tes„

Claims

AMSTEO Case Mo» 6055~-K.au f ho 1 d

R E I V I N D I.....C..A...S.....Õ E.....S 1 - Ligação de engate rotativo para veiculo de caminho de terro do tipo tendo um elemento de engate rotativo recebido num jugoj, caracterízada por ser instalada num longarina central de um veiculo de caminho de ferro, tendo o dito elemento de engate rotativo uma extremidade de cabeça * uma extremidade de ponta e uma haste entre a dita extremidade de cabeça e a dita extremidade de ponta» caracterízada por compreender: pelo menos uma superfície de transição prolongando-se entre o dita haste e a dita extremidade de ponta do dito elemento de engate, compreendendo a dita superfície de transição contornos compostos, tendo um raio variável, aumentando o dito raio variável com a distância à dita extremidade de ponta do dito elemento de engate»
2 - Ligação de acordo com a reivindicação 1, caracterízada por os ditos contornos compostos terem rebaixos por debaixo de uma superfície de topo do dita haste do dito elemento de engate»
3 - Ligação de acordo com a reivindicação i„ caracterízada por os ditos contornos compostos terem rebaixos dentro de uma superfície exterior da dita extremidade de ponta do dito elemento de engate» A - Ligação de acordo com a reivindicação l, caracterízada por os ditos contornos compostos terem urn perfil que se aproxima do de uma curva parabólica»
5 - Ligação de acordo com a reivindicação 1, caracterízada por os ditos contornos compostos terem um perfil que se aproxima do de uma curva catenária» 6 ~ Ligação de acordo com a reivindicação 1* caracterízada por os ditos contornos compostos terem um perfil que se aproxima do de uma curva elíptica» 7 Ligação de acordo com a reivindicação 1, caracterízada

por uma dita superfície de transição se prolongar entre uma parede de topo da dita haste e uma porção de ressalto de topo da dita extremidade de ponta do dito elemento de engate, e por uma segunda dita superfície de transição sei prolongar entre uma parede de fundo do dita haste e uma porção de ressalto de fundo da. dita extremidade de ponta do dito elemento de engate, incluindo as ditas porções de ressalto de topo e fundo da dita extremidade de ponta do dito engate, superfícies esféricas correspondendo a superfícies conjugadas em porções de receptáculo do dito jugo.,
8 - Elemento de engate rotativo para utilização num veiculo de caminho de ferro., tendo o dito elemento de engate rotativo uma extremidade superior, uma extremidade de ponta e uma haste entre a dita extremidade de ponta e a dita extremidade superior, carac-terizado por compreender π pelo menos urn contorno de transição entre a dita extremidade cie ponta e o dita haste do dito elemento de engate, tendo o dito contorno de transição um raio composto que aumenta com a distância â dita extremidade de ponta do dito elemento de engate,. 9 ~~ Elemento de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por um dito contorno de transição estar localizado entre uma porção de ressalto esférico de topo da dita extremidade de ponta do engate e uma parede de topo do dita haste do engate, e por um dito segundo contorno de transição estar localizado entre uma porção de ressalto esférico de fundo da dita extremidade de ponta de engate e uma parede de fundo do dita haste de engate.
10 - Elemento de acordo com a reivindicação 9, earacterizaclo por os ditos contornos de transição rebaixarem as ditas porções de ressalto esférico de topo e fundo da dita extremidade de ponta de engate e ditas paredes de topo e fundo do dita haste de engate.. 1.1 - Elemento de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por os ditos contornos compostos terem um perfil que se aproxima do de uma curva parabólica.. 72 679 AMSTED Case No„ eoSS-Kau f ho1d ~11~
12 - Elemento de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por os ditos contornos compostos terem um perfil que se aproxima do de uma curva catenária»
13 - Elemento de acordo com a reivindicação 8, caraeterizado por os ditos contornos compostos terem um perfil que se; aproxima do de uma curva elíptica.. Lisboa., l,sFM991 Por AMSTED INDUSTRIES INCORPORATED xO AGENTE OFICIAL-' O,.'-.

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