Autor: Steve Cox, Diretor Técnico de Sistemas de Fixação da Pandrol

Inovação em placas de base de alta velocidade e montagem robótica 

Resolução de problemas capaz de mudar o que é possível

A operação de trens de alta velocidade requer um alinhamento preciso da via. Quando existe a possibilidade de níveis significativos de assentamento após a construção, ou quando é provável que haja atividade sísmica, há requisitos particularmente exigentes quanto ao alcance e precisão disponíveis para o ajuste vertical e lateral dos trilhos. Quando a via é uma forma de via sem lastro, normalmente todo esse ajuste deve ser previsto no sistema de fixação. Dados os curtos períodos disponíveis para manutenção, a precisão, facilidade e rapidez com que esses ajustes podem ser feitos são atributos fundamentais do sistema de fixação.

A Pandrol aplica suas capacidades de design e desenvolvimento para reduzir o tempo de ajustes, o número de peças a serem trocadas e a complexidade dessa importante operação de manutenção.

A placa de base Pandrol Fastclip é bastante adequada para alta velocidade. O ajuste é um requisito fundamental e há vários aspectos. A amplitude com a qual os ajustes podem ser feitos tanto no sentido vertical como lateral; a precisão com que isso pode ser feito; a facilidade e velocidade de ajuste e o número e complexidade de quaisquer peças adicionais ou de substituição são todos aspectos importantes.

O ajuste pode ser necessário em pista curva composta de painéis retos curtos, pois a posição das fixações claramente precisa ser compensada para se obter um alinhamento suave. Isso se aplica particularmente à posição da placa de base lateral e se torna mais um problema quanto mais apertada for a curva. As fixações devem ser posicionadas com muita precisão para alcançar as tolerâncias apertadas na bitola da via, necessárias em pistas de alta velocidade.

A placa de base da Pandrol pode ser infinitamente ajustada em sua faixa lateral de +/-12 mm. Ela pode ser fixada e mantida firmemente na posição exata no local desejado. As placas de base também podem ser giradas ligeiramente em relação ao eixo da laje, de modo que cada placa de base esteja alinhada exatamente em direção ao centro da curva da qual a laje específica à qual está fixada fará parte. Isso significa que cada laje pode ser idêntica a qualquer outra laje e cada fixação é configurada de forma idêntica em relação a qualquer outra fixação na construção inicial da via. Somente as posições exatas das placas de base encaixadas em qualquer laje a diferenciam das outras lajes da via. Portanto, as lajes “sobressalentes” necessárias para reparos são universais e não precisam ser construídas propositalmente com as dificuldades e prazos de entrega associados. Também não são necessárias configurações de fixação sob medida para se obter o alinhamento exato da via.

Flexibilidade por meio de ajuste maximizado

"A placa base do Pandrol pode ser ajustada infinitamente em sua faixa lateral de +/-12mm".

A necessidade de ajuste

Linhas de alta velocidade construídas em zonas sísmicas como Japão e Taiwan levaram no passado à necessidade de níveis relativamente altos de ajuste vertical (geralmente +50 mm) e requisitos para HS2 em Londres, com exigências ainda maiores, de +70 mm. A diferença pode não parecer grande, mas o momento de inversão que atua sobre a fixação é maior e quaisquer suportes de concreto fornecidos para reagir a cargas laterais estão mais longe do nível superior de pré-tensão ou reforço na laje de base. A Pandrol testou a nova exigência de ajuste de altura máxima muito minuciosamente em relação ao requisito europeu CEN relevante, executando 3 milhões de ciclos de carga com um bloco configurado para que pudéssemos testar conjuntos adjacentes em alturas de instalação de 0 mm e +70 mm.

Nas lajes com assentos de trilho, conforme os ajustes verticais são feitos, a posição lateral da face da bitola do trilho também muda. Para manter o controle da bitola da via, ajustes verticais podem significar que os componentes que determinam o alinhamento lateral precisem ser substituídos, a menos que, assim como acontece com a placa de base da Pandrol, a posição da própria placa de base possa ser simplesmente ajustada. Um ajuste de altura de +70 mm em uma inclinação de trilho de 1:20, como é o caso do HS2, resulta em uma mudança de 7 mm na bitola, muito maior que a mudança de 2,5 mm que resulta de um ajuste de altura máxima de +50 mm em uma via de 1:40, como, por exemplo, na China.

A velocidade de construção e manutenção são importante se o sistema de placa de base Pandrol Fastclip permite que as máquinas sejam utilizadas para comutar os grampos entre as posições estacionadas e a placa de base Pandrol Fastclip instalada para permitir a troca e atenuação da tensão dos trilhos. As taxas de aplicação e extração dos grampos são excepcionalmente altas e conhecidas no Reino Unido.  Sistemas de inspeção ótica da via montados em trens que permitem verificar as posições e a segurança do sistema Fastclip sem rosca que se deseja verificar são fáceis de obter e podem operar a velocidades relativamente altas, normalmente até 160 km/h. Além da velocidade, esses sistemas de manutenção e inspeção também ajudam a manter os funcionários fora dos trilhos e aumentar a segurança.

A rigidez global da pista controla vários aspectos do comportamento do sistema de trilhos do veículo, mas a maioria das fixações de via utilizadas em linhas de alta velocidade incorpora pelo menos uma placa de base ou chapa de aço, de modo que, em princípio, pelo menos duas camadas resilientes podem ser introduzidas, uma abaixo e uma acima da placa. Mesmo para uma rigidez global predeterminada e especificada de toda a fixação, a seleção da rigidez desses dois elementos individuais pode afetar o desempenho dinâmico geral.

Isso, por sua vez, pode influenciar o nível de ruído propagado pelo ar nas bordas da via, bem como o comportamento mecânico do sistema em resposta às cargas aplicadas a ele: rolamento do trilho, alargamento dinâmico da bitola, etc. Essa é uma área complexa em que a Pandrol tem grande entendimento. Mas para confirmar que seus designs proporcionam a melhor atenuação possível do ruído propagado pelo ar dentro das restrições dadas, a Pandrol está trabalhando em conjunto coma Instituição de Pesquisa Sonora e Vibracional (ISVR) em Southampton para testar diferentes opções de projetos detalhados.

Futuro robotizado

A combinação de lajes universais com fixações universais é uma proposta atraente, mas não é algo novo. No entanto, o que é novo e inovador é a forma como a Pandrol se propõe a ajustar suas placas de base às lajes. Os robôs serão usados para apanhar as placas de base e colocá-las nas posições e de acordo com as orientações exatas necessárias, fazendo uso do conhecimento que a empresa acumulou com o seu uso nas linhas de fabricação de grampos. 

As combinações de posições da placa de base em uma determinada laje podem ser selecionadas com o toque de um botão. A verificação ajuda a confirmar o posicionamento da placa de base e a configuração de cada laje (e qual extremidade deve ficar de que lado!) é codificada em uma etiqueta RFID que é afixada na laje antes de sair da fábrica, de modo que a curva ou transição onde ela será instalada possa ser recuperada a qualquer momento. Essa instalação robotizada aumenta a confiabilidade e a qualidade da instalação da qual depende a qualidade final do alinhamento da via. Ela também aumenta as taxas de produção e reduz os riscos de atrasos ou interrupções.

A instalação robotizada das placas de base é bastante facilitada pelo fato de que a placa de base da Pandrol pode ser amplamente pré-montada antes de ser instalada na laje na fábrica. Isso também é uma vantagem quando se trata da segunda área em que o ajuste é essencial. Ou seja, a realização da manutenção da via ao longo de sua vida operacional.

Uma placa de base danificada pode ser substituída como uma unidade autônoma. Não há necessidade de desmontar a fixação na via e, portanto, não há necessidade de saber como remontá-la corretamente. Os ajustes laterais são particularmente vantajosos. A placa de base só precisa ser afrouxada, movida para a posição correta e reapertada. Não são necessárias peças de substituição adicionais e não há necessidade de desmontar a fixação. Os ajustes verticais também são simples.

As placas de base são soltas, quaisquer calços adicionais necessários são deslizados para o lugar e a placa de base é reapertada. Os calços de ajuste de altura em si são muito simples, com design plano, facilmente fabricados com as espessuras precisas que forem necessárias. Não há perigo associado à montagem de calços de diferentes espessuras na ordem errada.