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Suponha que você seja um esquilo e esteja gostando de como o trem muda de trilho. Infelizmente, essa peça da troca de trilha está solta. Qual é o impacto disso quando esses trilhos flexíveis estão posicionados assim? As rodas do trem naturalmente viajam assim, mas depois de chegar no jacaré, você consegue descobrir um grande problema. Você consegue projetar uma solução para resolver esse problema?
Para entender a engenharia genial por trás da troca de trilho, primeiro temos que resolver um caso de uma roda de trem simplificada e uma via única — uma via única que está sendo dividida em duas. Depois de chegar no jacaré, para qual direção a roda se moverá? Você está certo: é impossível prever esse cenário. Vamos adicionar um friso na roda. Agora você consegue dizer em qual direção a roda girará? Claro, para a direita.
Se você quiser fazer a roda rolar pelo trilho esquerdo, basta fazer da trilha direita uma peça separada e dobrá-la como mostrado, antes que a roda chegue a esse ponto. Esse é o conceito fundamental por trás da troca de trilho. Agora vamos ver como isso funciona na prática: quando ambos os pares de trilhos estão presentes, o friso está sempre no lado interno das rodas. A parte do trilho que é capaz de dobrar é chamada de agulha — um nome bem apropriado, né?
Quando as agulhas são dobradas como mostrado, o trem se moverá no trilho amarelo. Lembre-se: devido à presença do friso, a roda esquerda não pode rolar no trilho azul claro. Devido à mesma curvatura, a agulha azul escura não está tocando o trilho. Uma grande lacuna pode ser observada, então a roda direita também será capaz de seguir o trilho amarelo naquele lado sem problemas.
Vamos dobrar as agulhas no sentido oposto. Desta vez, uma lacuna é criada na região da agulha laranja. Por sua vez, o trem adotará facilmente os trilhos azuis e se moverá em linha reta. Que mecanismo simples e eficaz! O comprimento da parte móvel das agulhas não precisa ser tão longo. Você pode reduzir o comprimento das agulhas girando-a assim. Explicaremos a vantagem desse comprimento curto no final deste vídeo.
Usando esse mecanismo, a ação de troca acontecerá perfeitamente. Contudo, se você passar seu trem nesses trilhos, ele inevitavelmente descarrilará. O problema é o cruzamento: as agulhas se cruzam em um ponto. Se o design do cruzamento for assim, o trem vai bater na agulha laranja e descarrilar. Vamos ver como superar esse problema.
Para superar esse problema, basta fornecer uma lacuna perto desse cruzamento em ambos os trilhos. Nesse novo projeto de cruzamento, não importa se o trem está passando pela pista esquerda ou direita: as rodas cruzam o jacaré sem bater em nenhum trilho. Então, nesse novo projeto, o trem pode trocar de trilho e também cruzar o jacaré sem problemas.
Aqui está um pequeno desafio de design para você: vamos observar o movimento da roda do trilho em câmera lenta na área de cruzamento. Você pode ver que as rodas vão cair nessa lacuna. Você consegue sugerir uma solução para esse problema? Podemos superar esse problema apenas aumentando o comprimento das agulhas, conforme mostrado. Elas fornecerão um bom suporte às rodas durante o movimento sobre as lacunas dos trilhos.
O design parece quase perfeito agora, mas esse design tem uma grande falha. Para descobrir a falha importante, fizemos uma impressão 3D em metal de todo o mecanismo de troca de trilhos usando o serviço da JLC3DP. Usar o serviço da JLC3DP foi totalmente divertido. O que fizemos foi apenas a modelagem, fomos ao site deles e selecionamos que precisávamos de impressão 3D em metal, e também especificamos o material. Para replicar a ciência por trás das trocas de trilhos, a impressão 3D em metal é a melhor.
Os especialistas da JLC3DP analisam seus modelos 3D e, em caso de problemas, eles o informarão. Nossos modelos obtiveram a autorização de primeira. Na impressão 3D em metal, camadas de pó de metal são derretidas com ajuda de lasers poderosos. Uma vez que a camada é concluída, a máquina adiciona outra camada fina de pó de metal acima dela, e o processo é repetido. A impressão em metal da JLC3DP começa com um preço baixíssimo de 8. Eles até têm que fazer o pós-processamento das impressões 3D.
Depois de uma semana, recebemos esta caixa deles. As peças de metal impressas em 3D eram pesadas. Nós realmente adoramos montá-las e conseguimos uma troca de trilhos perfeita. Agora vamos rolar a roda ao longo dos trilhos. Ohou, você notou isso? O trem está descarrilado novamente! Vamos assistir de perto o que está acontecendo aqui. Vamos assistir do ângulo oposto.
A roda direita deve viajar ao longo deste trilho, mas infelizmente a roda está viajando ao longo da defensa metálica e descarrilou. A maioria dos trilhos usa um raio maior para a curva. Se o trilho tiver um raio menor ou alto desvio, a chance de viajar ao longo da defensa metálica é mínima. Fica claro neste visual: essas duas peças, os contratrilhos, são os salvadores da roda do trem.
Para entender a engenharia genial por trás da troca de trilho, primeiro temos que resolver um caso de uma roda de trem simplificada e uma via única — uma via única que está sendo dividida em duas. Depois de chegar no jacaré, para qual direção a roda se moverá? Você está certo: é impossível prever esse cenário. Vamos adicionar um friso na roda. Agora você consegue dizer em qual direção a roda girará? Claro, para a direita.
Se você quiser fazer a roda rolar pelo trilho esquerdo, basta fazer da trilha direita uma peça separada e dobrá-la como mostrado, antes que a roda chegue a esse ponto. Esse é o conceito fundamental por trás da troca de trilho. Agora vamos ver como isso funciona na prática: quando ambos os pares de trilhos estão presentes, o friso está sempre no lado interno das rodas. A parte do trilho que é capaz de dobrar é chamada de agulha — um nome bem apropriado, né?
Quando as agulhas são dobradas como mostrado, o trem se moverá no trilho amarelo. Lembre-se: devido à presença do friso, a roda esquerda não pode rolar no trilho azul claro. Devido à mesma curvatura, a agulha azul escura não está tocando o trilho. Uma grande lacuna pode ser observada, então a roda direita também será capaz de seguir o trilho amarelo naquele lado sem problemas.
Vamos dobrar as agulhas no sentido oposto. Desta vez, uma lacuna é criada na região da agulha laranja. Por sua vez, o trem adotará facilmente os trilhos azuis e se moverá em linha reta. Que mecanismo simples e eficaz! O comprimento da parte móvel das agulhas não precisa ser tão longo. Você pode reduzir o comprimento das agulhas girando-a assim. Explicaremos a vantagem desse comprimento curto no final deste vídeo.
Usando esse mecanismo, a ação de troca acontecerá perfeitamente. Contudo, se você passar seu trem nesses trilhos, ele inevitavelmente descarrilará. O problema é o cruzamento: as agulhas se cruzam em um ponto. Se o design do cruzamento for assim, o trem vai bater na agulha laranja e descarrilar. Vamos ver como superar esse problema.
Para superar esse problema, basta fornecer uma lacuna perto desse cruzamento em ambos os trilhos. Nesse novo projeto de cruzamento, não importa se o trem está passando pela pista esquerda ou direita: as rodas cruzam o jacaré sem bater em nenhum trilho. Então, nesse novo projeto, o trem pode trocar de trilho e também cruzar o jacaré sem problemas.
Aqui está um pequeno desafio de design para você: vamos observar o movimento da roda do trilho em câmera lenta na área de cruzamento. Você pode ver que as rodas vão cair nessa lacuna. Você consegue sugerir uma solução para esse problema? Podemos superar esse problema apenas aumentando o comprimento das agulhas, conforme mostrado. Elas fornecerão um bom suporte às rodas durante o movimento sobre as lacunas dos trilhos.
O design parece quase perfeito agora, mas esse design tem uma grande falha. Para descobrir a falha importante, fizemos uma impressão 3D em metal de todo o mecanismo de troca de trilhos usando o serviço da JLC3DP. Usar o serviço da JLC3DP foi totalmente divertido. O que fizemos foi apenas a modelagem, fomos ao site deles e selecionamos que precisávamos de impressão 3D em metal, e também especificamos o material. Para replicar a ciência por trás das trocas de trilhos, a impressão 3D em metal é a melhor.
Os especialistas da JLC3DP analisam seus modelos 3D e, em caso de problemas, eles o informarão. Nossos modelos obtiveram a autorização de primeira. Na impressão 3D em metal, camadas de pó de metal são derretidas com ajuda de lasers poderosos. Uma vez que a camada é concluída, a máquina adiciona outra camada fina de pó de metal acima dela, e o processo é repetido. A impressão em metal da JLC3DP começa com um preço baixíssimo de 8. Eles até têm que fazer o pós-processamento das impressões 3D.
Depois de uma semana, recebemos esta caixa deles. As peças de metal impressas em 3D eram pesadas. Nós realmente adoramos montá-las e conseguimos uma troca de trilhos perfeita. Agora vamos rolar a roda ao longo dos trilhos. Ohou, você notou isso? O trem está descarrilado novamente! Vamos assistir de perto o que está acontecendo aqui. Vamos assistir do ângulo oposto.
A roda direita deve viajar ao longo deste trilho, mas infelizmente a roda está viajando ao longo da defensa metálica e descarrilou. A maioria dos trilhos usa um raio maior para a curva. Se o trilho tiver um raio menor ou alto desvio, a chance de viajar ao longo da defensa metálica é mínima. Fica claro neste visual: essas duas peças, os contratrilhos, são os salvadores da roda do trem.
Os contratrilhos são colocados em uma folga fixa com os trilhos principais de cada lado. Mesmo se a roda tentar viajar na defensa metálica, o contratrilho impedirá isso. Ele canalizará as rodas para o trilho corretamente e as rodas passarão facilmente pela trajetória pretendida. Portanto, mesmo em altas velocidades, o trem pode mudar sua trajetória suavemente.
Neste modelo impresso em 3D de metal, as agulhas são flexíveis. Vamos aproveitar o design de um mecanismo de troca de trilho perfeito usando este modelo. Agora vamos entender a importância de uma agulha mais curta. Isso é, de fato, considerado uma otimização de design. Você consegue prever os pontos de estresse máximo nesses trilhos de troca? Eles ficam na ponta da agulha e no nariz do jacaré.
Esses componentes são frequentemente substituídos devido ao desgaste, em comparação aos trilhos principais. É por isso que a agulha é dividida em duas partes. Quando está no fim de sua vida útil, basta substituir a ponta da agulha. Assim, você reduz a quantidade de aço que precisa substituir após desgaste.
As trocas são operadas juntas usando um tirante. Há muito tempo, esse tirante era controlado manualmente por um operador chamado de manobrador. Você pode ter visto essa máquina em filmes. Hoje em dia, um dispositivo inteligente chamado AMV, ou aparelho de mudança de via, que é um dispositivo eletromecânico, faz essa tarefa.
Você pode ver muitos tirantes conectados a esta máquina, e ela tem muitos contatos elétricos e engrenagens. Desses cinco tirantes, um deles é um tirante de lançamento. Suponha que esta seja a posição atual das agulhas. Se o chefe da estação quiser movê-la na direção oposta, esse sinal será recebido pelo motor elétrico e ele começará a girar. O torque do motor é multiplicado por essas engrenagens, e eventualmente o tirante de lançamento se move.
Quando as agulhas trocam os trilhos opostos, com a ajuda dos tirantes indicadores, o chefe da estação recebe um sinal de que as agulhas estão na posição necessária. Junto com isso, você notou esses contatos elétricos se fechando? Quando isso acontece, os dois últimos tirantes — os tirantes de travamento — são travados automaticamente.
O objetivo é: quando o trem passa pelo jacaré, não queremos nenhum movimento nas agulhas. Com a ajuda desses dois tirantes, que se travam automaticamente assim que a agulha atinge a outra extremidade, podemos assegurar isso com facilidade.
Agora é hora de adicionar mais complexidade e diversão para as trocas de trilhos. Como você projetaria uma troca de três vias, uma troca de trilho que pode guiar o trem para qualquer um desses três trilhos? Aqui, é claro, você tem que introduzir mais um AMV. Como o entendimento conceitual de como o trem muda de trilhos está claro para você, essas animações podem facilmente ensinar como o trem é capaz de atingir três trilhos diferentes.
Uma das inovações mais fascinantes na troca de trilho é o interruptor de deslizamento duplo, DSS. Aqui, o desafio do projeto é que o trem A deve ter a opção de viajar ao longo de dois trilhos. Da mesma forma, o trem B também deve ter a opção de viajar ao longo de dois trilhos. Dois AMV são necessários para o projeto de interruptor de deslizamento duplo.
Com a ajuda da conexão simplificada do AMV, a maneira como o DSS atinge todos esses quatro cenários é ilustrada aqui. A lubrificação rotineira dos trilhos móveis, tirantes e partes móveis é crucial para o funcionamento suave de um desvio ferroviário. Também é necessário garantir que haja um contato firme entre o trilho móvel e o trilho fixo.
Até agora, quando aprendemos sobre troca de trilhos, focamos apenas em alguns pares de rodas. Contudo, é bem interessante observar como um trem com muitos vagões se comporta. Partindo de uma troca de trilho simples, entendemos o funcionamento do DSS neste vídeo. Porém, se você ativar a lógica de engenharia ferroviária dentro de si, poderá até mesmo projetar uma rede de trocas tão complexa quanto esta.
Espero que você tenha realmente gostado do experimento com a troca de trilhos ferroviários impressos em 3D de metal.
Obrigado e até a próxima.
Neste modelo impresso em 3D de metal, as agulhas são flexíveis. Vamos aproveitar o design de um mecanismo de troca de trilho perfeito usando este modelo. Agora vamos entender a importância de uma agulha mais curta. Isso é, de fato, considerado uma otimização de design. Você consegue prever os pontos de estresse máximo nesses trilhos de troca? Eles ficam na ponta da agulha e no nariz do jacaré.
Esses componentes são frequentemente substituídos devido ao desgaste, em comparação aos trilhos principais. É por isso que a agulha é dividida em duas partes. Quando está no fim de sua vida útil, basta substituir a ponta da agulha. Assim, você reduz a quantidade de aço que precisa substituir após desgaste.
As trocas são operadas juntas usando um tirante. Há muito tempo, esse tirante era controlado manualmente por um operador chamado de manobrador. Você pode ter visto essa máquina em filmes. Hoje em dia, um dispositivo inteligente chamado AMV, ou aparelho de mudança de via, que é um dispositivo eletromecânico, faz essa tarefa.
Você pode ver muitos tirantes conectados a esta máquina, e ela tem muitos contatos elétricos e engrenagens. Desses cinco tirantes, um deles é um tirante de lançamento. Suponha que esta seja a posição atual das agulhas. Se o chefe da estação quiser movê-la na direção oposta, esse sinal será recebido pelo motor elétrico e ele começará a girar. O torque do motor é multiplicado por essas engrenagens, e eventualmente o tirante de lançamento se move.
Quando as agulhas trocam os trilhos opostos, com a ajuda dos tirantes indicadores, o chefe da estação recebe um sinal de que as agulhas estão na posição necessária. Junto com isso, você notou esses contatos elétricos se fechando? Quando isso acontece, os dois últimos tirantes — os tirantes de travamento — são travados automaticamente.
O objetivo é: quando o trem passa pelo jacaré, não queremos nenhum movimento nas agulhas. Com a ajuda desses dois tirantes, que se travam automaticamente assim que a agulha atinge a outra extremidade, podemos assegurar isso com facilidade.
Agora é hora de adicionar mais complexidade e diversão para as trocas de trilhos. Como você projetaria uma troca de três vias, uma troca de trilho que pode guiar o trem para qualquer um desses três trilhos? Aqui, é claro, você tem que introduzir mais um AMV. Como o entendimento conceitual de como o trem muda de trilhos está claro para você, essas animações podem facilmente ensinar como o trem é capaz de atingir três trilhos diferentes.
Uma das inovações mais fascinantes na troca de trilho é o interruptor de deslizamento duplo, DSS. Aqui, o desafio do projeto é que o trem A deve ter a opção de viajar ao longo de dois trilhos. Da mesma forma, o trem B também deve ter a opção de viajar ao longo de dois trilhos. Dois AMV são necessários para o projeto de interruptor de deslizamento duplo.
Com a ajuda da conexão simplificada do AMV, a maneira como o DSS atinge todos esses quatro cenários é ilustrada aqui. A lubrificação rotineira dos trilhos móveis, tirantes e partes móveis é crucial para o funcionamento suave de um desvio ferroviário. Também é necessário garantir que haja um contato firme entre o trilho móvel e o trilho fixo.
Até agora, quando aprendemos sobre troca de trilhos, focamos apenas em alguns pares de rodas. Contudo, é bem interessante observar como um trem com muitos vagões se comporta. Partindo de uma troca de trilho simples, entendemos o funcionamento do DSS neste vídeo. Porém, se você ativar a lógica de engenharia ferroviária dentro de si, poderá até mesmo projetar uma rede de trocas tão complexa quanto esta.
Espero que você tenha realmente gostado do experimento com a troca de trilhos ferroviários impressos em 3D de metal.
Obrigado e até a próxima.