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Habilitation Thesis
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-14112017-151411
Document
Author
Full name
Roberto Spinola Barbosa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Committee
Pesce, Celso Pupo (President)
Dedini, Katia Lucchesi Cavalga
Kaminski, Paulo Carlos
Kurka, Paulo Roberto Gardel
Savi, Marcelo Amorin
Title in Portuguese
Segurança em sistemas metro-ferroviários.
Keywords in Portuguese
Dinâmica veícular
Ferrovias
Multicorpos
Abstract in Portuguese
Este texto é uma sistematização crítica da linha de pesquisa em Dinâmica Veicular desenvolvida por este autor, ao longo de sua carreira profissional. A segurança em sistemas metro-ferroviários consiste na capacidade do conjunto veículo/via/operação produzirem o desejado transporte rápido, confortável e seguro. Neste ambiente a dinâmica veicular, a geometria da via e a forma de condução do trem, formam o tripé que estabelece a segurança do sistema metro-ferroviário. A segurança do veículo metro-ferroviário é a sua capacidade de se adequar às irregularidades da via sem produzir elevada solicitação de guiagem. Quando a relação entre as forças de contato vertical e lateral entre a roda e o trilho (índice L/V) é elevada, a probabilidade de descarrilamento aumenta. A possibilidade de estimar este índice permite identificar os locais onde o sistema possui menor nível de segurança. Esta figura de mérito permite direcionar de forma objetiva as ações de manutenção no sistema metro-ferroviário. A estimação indiretas das forças ativas sobre o veículo, requer uma instrumentação especializada para a medição da sua resposta inercial e atitude frente às solicitações externas. Para atender a este desafio, as acelerações translacionais e velocidades angulares de corpo rígido foram medidas utilizando sensores inerciais. Um tratamento de dados especializado para obtenção das acelerações angulares e ângulos foi elaborado. Baseado nas equações da dinâmica de corpo rígido, um algoritmo desenvolvido realiza tal estimativa. Os resultados indicam o nível de segurança contra o descarrilamento do veículo em cada ponto da via para uma determinada velocidade de tráfego. Na segunda fase deste desenvolvimento sensores complementares distribuídos e de melhor resolução foram empregados para monitorar as acelerações e ângulo de torção longitudinal da suspensão do veículo.Desta forma resultados mais confiáveis do sistema de medição serão obtidos. O texto descreve de forma sucinta a trajetória desta linha de pesquisa, detalhando seus aspectos tecnológicos e desenvolvimentos realizados e pode ser acompanhado através das publicações produzidas por este autor, contidas nos anexos deste texto. Este trabalho faz parte dos requisitos do concurso de livre docência na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo - EPUSP, junto ao Departamento de Engenharia Mecânica.
Title in English
Safety on railway systems.
Keywords in English
Dynamic
Multibody
Railway
Safety
Vehicle
Abstract in English
This text is a critical systematization of the line of research in Vehicle Dynamics, developed by this author, throughout his professional career. Safety in railway systems consists of the ability of the vehicle/track/operation assembly to produce the desired fast, comfortable and safe transport. In this environment the vehicular dynamics, the track geometry and the way the train is driven, form the tripod that establishes the safety of the railway system. The safety of the railway vehicle is its ability to adapt to the track irregularities without producing a high demand for guidance. When the relationship between the vertical and lateral contact forces between the wheel and the rail (L/V index) is high, the probability of derailment increases. The possibility of estimating this index allows to identify the places where the system has a lower level of security. This figure of merit allows to objectively direct maintenance actions in the railway system. The indirect estimation of the active forces on the vehicle requires specialized instrumentation for the measurement of its inertial response and attitude to external requests. To meet this challenge, translational accelerations and angular velocities of the rigid body were measured using inertial sensors. A specialized data treatment to obtain the angular accelerations and angles was elaborated. Based on the equations of the rigid body dynamics, a developed algorithm makes such an estimate. The results indicate the level of safety against vehicle derailment at each track point for a given traffic speed. In the second phase of this development, distributed and better resolution complementary sensors were used to monitor the accelerations and longitudinal torsion angle of the vehicle suspension. In this way more reliable results of the measurement system will be expected.The text briefly describes the trajectory of this line of research, detailing its technological aspects and developments and can be followed through the publications produced by this author, contained in the annexes of this text. This work is part of the requirements of the free teaching contest at the Polytechnic School of the University of São Paulo - EPUSP, within the Department of Mechanical Engineering.
 
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Publishing Date
2017-11-17
 
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