IEC 61373: choque e vibração em equipamento ferroviário

Resposta rápida: a IEC 61373 define vibração randômica e choque para equipamento ferroviário, com nível pelo local de montagem: caixa (Categoria 1), truque (2) ou eixo (3).

Um equipamento embarcado num trem ou metrô vive anos sob vibração contínua e choques de engate, de juntas de trilho e de manobra. A IEC 61373 (publicada também como EN 61373) transforma esse ambiente num ensaio de laboratório repetível. Ela é citada por especificações de operadoras e fabricantes de material rodante e pela EN 50155, a norma de eletrônica embarcada ferroviária, que remete a ela para a parte de choque e vibração.

Para que equipamento serve

A norma se aplica a equipamentos mecânicos, pneumáticos, elétricos e eletrônicos montados em veículos ferroviários (o "material rodante"): módulos de controle, painéis, caixas de comando, sensores, luminárias, componentes de freio, displays, suportes. Ela avalia o que é fixado na estrutura principal do veículo (caixa, truque e eixo), não a própria estrutura. Componentes de via (fixados no trilho ou no dormente) não são o foco da IEC 61373; e itens como motores de tração e pantógrafos podem ter ensaios especiais combinados à parte.

As categorias de montagem

A severidade cresce à medida que o equipamento se aproxima da roda:

A categoria é escolhida pela posição de instalação, não pelo tipo de equipamento. Um mesmo sensor pode ser Categoria 1 numa aplicação e Categoria 2 em outra. Se a especificação do cliente não disser a categoria, ela precisa ser definida antes do orçamento — é ela que define os níveis do ensaio.

As três partes do ensaio

1. Vibração funcional (nível de serviço). Vibração randômica de baixo nível, com o equipamento em funcionamento, para mostrar que ele opera normalmente sob a vibração de serviço. A verificação funcional é feita durante o ensaio.

2. Vibração de vida longa simulada. Vibração randômica com nível aumentado, aplicada por 5 horas em cada um dos três eixos (15 horas no total), para comprimir em laboratório a fadiga de anos de operação. O equipamento não precisa funcionar nessa etapa: o objetivo é a integridade mecânica — trincas, solturas, fixações que cedem, conectores que se soltam.

3. Choque. Pulsos de choque meia-senoidal nos três eixos, nos dois sentidos — três por sentido, 18 no total —, com aceleração de pico e duração definidas pela categoria. Simulam engates, frenagens e impactos. Veja como é o pulso em choque mecânico.

Antes e depois de todos os ensaios, o equipamento passa por um ensaio de desempenho definido pelo fabricante, com tolerâncias, para comparar o estado inicial e final; antes e depois da vida longa também se comparam as respostas de vibração do equipamento, para ver se algo mudou. A norma sugere uma ordem (vida longa, choque e, por último, vibração funcional), mas ela pode ser alterada para reduzir trocas de dispositivo, desde que fique registrada no relatório.

Como o ensaio é feito na prática

• Dispositivo de fixação. O equipamento é preso ao shaker por um dispositivo que reproduz a montagem real no veículo — mesmos pontos de fixação, mesma orientação. O dispositivo precisa ser rígido para não acrescentar ressonâncias próprias. A Labmor projeta e fabrica esses dispositivos quando o cliente não os fornece.
• Controle e medição. O perfil randômico é controlado por acelerômetro na base; acelerômetros adicionais no equipamento ajudam a identificar ressonâncias. Um estudo de ressonância antes do ensaio é útil quando o projeto ainda está em desenvolvimento.
• Equipamento energizado. Na vibração funcional, o equipamento precisa estar ligado e monitorado. Isso exige alimentação, cabos e, às vezes, simulação de sinais — veja vibração com acionamento do produto.
• Três eixos. Vertical, longitudinal e transversal, com o equipamento reposicionado no dispositivo a cada eixo.

A Labmor executa a IEC 61373 num shaker eletromagnético de 35 kN, com vibração randômica, senoidal e choque, e com câmara climática acoplável quando o plano pede temperatura associada. O choque vai até 50 g, o que atende as Categorias 1 e 2; a Categoria 3 (eixo), de cerca de 100 g, fica fora.

Erros comuns

• Categoria errada. Ensaiar na Categoria 1 um equipamento que vai no truque aprova o que vai falhar em campo; o contrário reprova à toa.
• Esquecer a Classe B. Um módulo montado dentro de um armário é Classe B, e os níveis da Classe B são um pouco mais altos que os da Classe A — não menores. Quando o local de montagem não está claro, a própria norma indica a Classe B, e a EN 50155 a adota como padrão.
• Não planejar o monitoramento. Uma falha intermitente aparece durante a vibração e some na bancada. Sem monitoração durante o ensaio funcional, ela passa despercebida.
• Dispositivo flexível. Um dispositivo leve demais amplifica a vibração em certas frequências e reprova o equipamento por um defeito que não é dele.

IEC 61373 e EN 50155

A EN 50155 trata da eletrônica embarcada ferroviária como um todo: temperatura de operação, umidade, alimentação elétrica, isolação e outros requisitos. Para choque e vibração, ela remete à EN 61373 (a versão europeia da IEC 61373) e, se nada for especificado, adota a Categoria 1, Classe B. Num plano de qualificação de eletrônica embarcada, as duas normas aparecem juntas — os ensaios climáticos da EN 50155 e os mecânicos da IEC 61373.

Experiência da Labmor

A Labmor executa a IEC 61373 desde 2019, em projetos de equipamentos ferroviários e de componentes eletroeletrônicos, quase sempre com choque, vibração e ensaio funcional no mesmo programa. A norma consta da lista de ensaios da página de vibração. Para o panorama do setor, veja ensaios em equipamentos ferroviários.