Desenvolvimento de bogies e rodados nos últimos 20 anos

Postado: 24 de maio de 2023 | Kurt Strommer, Martin Rosenberger, Thomas Moshammer | Nenhum comentário ainda

Os colegas da Siemens Mobility Austria, Kurt Strommer, Thomas Moshammer e Martin Rosenberger, explicam como o design do bogie e do conjunto de rodas mudou nos últimos 20 anos, concentrando-se em algumas das questões mais importantes relacionadas à segurança, ruído, desgaste e redução de peso, e oferecem uma perspectiva sobre quais são os desafios e as oportunidades para melhorar ainda mais esses componentes nos próximos anos.

Crédito: Siemens Mobility

A Siemens Mobility Rolling Stock Bogie Unit em Graz, na Áustria, faz parte da MoComp – a família de componentes ferroviários e o centro de competência mundial para bogies da Siemens Mobility, o que significa que todos os desenvolvimentos de bogies (para projetos europeus e internacionais) são concluídos em Graz e todas as atividades de bogie nas unidades de produção de satélites são gerenciadas por Graz.

Embora o design do produto ainda seja, é claro, impulsionado principalmente pelos requisitos do cliente para parâmetros-chave, há várias mudanças e desenvolvimentos que tiveram um grande impacto no design de bogies e rodados modernos.

Além dos crescentes requisitos de precisão no projeto de resistência nos últimos anos, os desafios em termos de grau de automação na produção também aumentaram. Já na fase inicial de desenvolvimento, é analisado se os quadros podem ser soldados em linhas robóticas altamente automatizadas. Para isso, investigações sobre a acessibilidade das costuras de soldagem devem ser realizadas em uma fase inicial de desenvolvimento. Esta é a base para a fabricação eficiente de armações de bogie com a mais alta qualidade.

Como a redução de peso é um dos requisitos mais importantes para um bogie moderno, novos materiais para armações de bogies foram investigados nos últimos anos. Alguns de nossos concorrentes apresentaram vários designs feitos de plásticos reforçados com fibra de carbono (CFRP) para diferentes aplicações. Dentro da Siemens Mobility Graz, a estratégia é construir estruturas de truques leves com aço de alta resistência (consulte a Figura 1). A economia de peso comunicada tanto para o CFRP quanto para o aço de alta resistência está na faixa de 40-50%.

O processo de cálculo da resistência à fadiga é mostrado na Figura 2.

O design leve apoiado por novos métodos de avaliação de fadiga – métodos avançados de suposição de carga, modelos FEA mais detalhados e métodos avançados de avaliação de fadiga (por exemplo, tensão de entalhe) – permitem estruturas leves e, ao mesmo tempo, permitem que a robustez permaneça a principal prioridade.

A precisão da modelagem FEA aumentou aqui ao longo dos anos. Hoje, um modelo de elementos finitos consiste em aproximadamente 700.000 a 1.400.000 elementos. Na simulação do sistema multicorpos, é necessário levar em conta os corpos elásticos dos componentes estruturais para poder retratar o correto comportamento da operação.

Em suma, o design estratégico leve tornou-se muito importante em vários aspectos, incluindo eficiência energética, uso eficiente de recursos e tarifas reduzidas de acesso à via.

Para o desenvolvimento de bogies ferroviários, a metodologia de simulação de sistemas multicorpos (MBS‑simulation) é utilizada para simulações de dinâmica de veículos para avaliar e cumprir os requisitos de segurança contra descarrilamento e comportamento de rodagem por mais de 30 anos. No entanto, devido ao desenvolvimento de submodelos e módulos mais detalhados para diferentes componentes, como peças metálicas de borracha, ou processos avançados para incorporar estruturas elásticas nas simulações MBS, não apenas a qualidade da previsão aumentou, mas também a área de aplicação expandiu para carregar suposições, bem como conforto de condução e acústica. Isso foi possível porque nos últimos 20 anos foram feitos enormes esforços para aproximar a simulação e o teste de componentes, subsistemas e veículos.

Atualmente, os modelos de simulação já atendem aos mais altos requisitos em relação à validação, de modo que já estão em uso para homologação virtual de parâmetros críticos de segurança, como segurança de descarrilamento e comportamento de corrida.