Todos os veículos ferroviários possuem um aparelho de freio manual para que quando estacionado, este não permita um deslocamento indevido. Nossa missão neste espaço será mostrar a importância deste dispositivo e como ele veio evoluindo desde o início das operações ferroviárias, já que nem sempre ele foi somente usado para reter os veículos nos pátios.

A história dos freios manuais no sistema ferroviário, nasceu com a própria ferrovia, ou seja, quando os primeiros trens foram formados para o transporte de pessoas e mercadorias, ainda não havia tecnologia que suportasse um sistema de freios que garantisse plena segurança operacional. Assim, as primeiras ferrovias usavam vagões e carros que para diminuir sua velocidade, eram freados por meio de um freio manual acionado por operadores que viajavam nas coberturas, pulando de um para outro veículo e apertando volantes que eram ligados a hastes verticais que se conectavam a correntes ligadas com as peças das timonerias de freio (alavancas e tirantes) dos vagões.

Na Figura 1, vemos um trem com os guarda-freios se posicionando para acionar os volantes de freio manual. em resposta aos comandos dados pelos maquinistas por meio de apitos codificados.

Fig. 1 – Trem com os guarda-freios posicionados para o trabalho

Como dissemos, os volantes de freio manual eram posicionados junto às coberturas dos vagões para que os guarda-freios pudessem atuar em função do perfil longitudinal da ferrovia. Quando por exemplo, uma descida de serra se aproximava, o maquinista emitia uma série pré-determinada de apitos e os guarda-freios saiam executando o aperto necessário para controlar a velocidade de descida do trem. Parece precário dizer que muitas ferrovias aqui no Brasil usavam o freio manual como base de operação mas o sistema de freios pneumáticos somente foi inventado pela genialidade do mestre George Westinghouse nos anos de 1870 nos EUA e nesta época algumas estradas já funcionavam no Brasil como a E.F. Leopoldina, oriunda da tecnologia inglesa. A parte triste do trabalho dos guarda-freios era que ao se deslocarem nas coberturas com os trens em movimento, durante a noite, com chuva intensa, muitos deles caiam entre os vagões perdendo a vida de forma trágica e deixando as famílias sem ajuda.

Na Figura 2 a seguir, vemos um trem em operação visto da perspectiva de um dos guarda-freios.

Fig. 2 – Guarda-freios quando em viagem

Com o estabelecimento do freio a ar comprimido, os vagões foram gradualmente recebendo esta melhoria tecnológica mas o posicionamento dos freios manuais continuou junto às coberturas. Mesmo que sendo somente usado para algumas atividades de manobra nos pátios e terminais, e também para manter os veículos estacionados, o padrão técnico manteve de início o volante horizontal no topo das caixas, sendo necessário que o operador subisse pelas escadas laterais ou nas cabeceiras, em alguns modelos, para poder aplicar o freio manual.

Aquilo que era feito de forma automática e praticamente sem uma análise técnica, com o passar do tempo começou a exigir padrões de engenharia já que os trens começavam a aumentar de velocidade, comprimento e peso. Isto representa que com o passar do tempo, normas tiveram que ser criadas para capacitar as ferrovias em seu trabalho. Para isto o posicionamento padrão na época acabou por ser documentado em especificações e nos projetos para que pudesse ser repetido de forma confiável em função das várias geometrias dos vagões. Era preciso estar sempre dentro de faixas que evitassem impactos, quebras, ineficiências, etc.

Vemos então na Figura 3, o esquema da montagem do sistema de freio manual nas primeiras décadas do século XX.

Fig. 3 – Disposição geral do freio manual de volante horizontal em um vagão fechado

Observando com cuidado a figura, vemos que o operador ao girar o volante horizontal no sentido horário, girava também a longa haste vertical que passava pela plataforma de operação e ia até o nível inferior do estrado. Lá a extremidade da haste era conectada por uma corrente até a alavanca principal da timoneria no mesmo ponto de contato com o cilindro de freio. Então, a haste puxava a corrente e movia a timoneria no mesmo sentido que o cilindro de freio, aplicando as sapatas sobre as rodas. Caso o amigo queira conhecer um pouco mais sobre o projeto das timonerias de freio e como elas são definidas e calculadas, recomendo uma visita a alguns blogs anteriores que foram publicados a este respeito. Na segunda etapa deste trabalho sobre os freios manuais, mostraremos como são calculadas as forças necessárias no projeto para que eles trabalhem harmonicamente com todo o sistema de freios dos vagões.

Vejam abaixo na Figura 4, um esquema da plataforma de operação de um freio manual de volante horizontal, dando detalhe principalmente da trava de pé, que também era conhecida como “trava de papagaio”, onde o operador usava o pé para criar um tipo de catraca e manter a trava em posição e em consequência o freio apertado.

Fig. 4 – Vista da plataforma do freio manual, com destaque para a trava de pé, que mantinha o freio apertado

Este tipo de freio manual ficou em operação durante muito tempo, sendo adaptado a todos os projetos de vagões, buscando-se variar somente o comprimento e a fixação da haste vertical que acionava a timoneria. Porém, como tudo na vida, havia a constante necessidade de modernização dos freios manuais, já que os novos vagões com uma maior capacidade, exigiam um sistema de freios muito mais eficiente. Com a necessidade de aplicar forças cada vez maiores nos volantes de freio manual, começaram a ser usadas extensões de madeira para que o braço de atuação do operador fosse ampliado, implementando em consequência o aperto das sapatas de freio sobre as rodas.

Como as sapatas de freio ainda eram de ferro fundido e tinham um coeficiente de atrito muito baixo (por volta de 0,15), as manobras que eram realizadas principalmente para parar os vagões nos pátios de formação de trens começaram a ficar inseguras já que o trabalho era contínuo e a posição de aplicação causava grande número de afastamento por questões médicas. Veja na Figura 5, a posição de aplicação do freio com o uso da barra de extensão, a qual era na maioria das vezes um taco de beisebol, esporte muito popular nos EUA.

Fig. 5 – Operador usando uma barra de extensão para ampliar a força de aperto

Então, os projetistas buscaram uma forma de modificar a aplicação dos freios manuais para garantir não somente eficiência mas também segurança. No final da primeira metade dos anos 1920, começaram a surgir os primeiros exemplares providos de volante na posição vertical e que mudava totalmente a forma de aplicação, já considerando a melhor ergonomia para o trabalho. Companhias como as norte-americanas AJAX CONSOLIDATED CO e a UNIVERSAL RAILWAY DEVICES CO, apresentaram às ferrovias seus aparelhos, os quais receberam muitos elogios das equipes de campo durante os testes efetivos. Eram mesmo uma evolução!!

Tínhamos agora uma caixa instalada de forma que o volante ficasse de frente para o operador e em vez de contar apenas com a força física destes no giro do volante, agora a força física era amplificada pelas engrenagens internas da caixa calculadas para fazer a força total necessária a parar o vagão ou mantê-lo nos pátios de forma segura. Esse era o ponto que faltava nos freios anteriores pois agora não mais seriam necessárias as barras de extensão. Os volantes horizontais anteriores tinham por volta de 300mm (12″) de diâmetro, enquanto que os agora verticais tinham 560mm (22″), o que por si só já garantia mais força pelo maior braço de alavanca.

Também, a geometria destes volantes foi revolucionária, ou seja, não eram apenas circulares e planos mas também tinham uma profundidade em relação ao seu centro, garantindo uma enorme rigidez e durabilidade perante os velhos volantes horizontais fabricados em ferro fundido. Eram mais eficientes sendo mais leves!!

Vemos na Figura 6, que se segue, a caixa AJAX, pioneira e que abriu espaço para várias outras empresas também projetarem seus equipamentos concorrentes.

Fig. 6 – Freio Manual da AJAX CO

Olhando a figura com cuidado a imagem do freio AJAX, vemos que as múltiplas novidades não se concentravam somente nas caixas e volantes. Agora, em vez da longa haste vertical, a caixa puxava um trecho de corrente ligada a um tirante que era preso a uma peça que foi chamada de “bell-crank” nos EUA e de “balancim” ou “setor de graduação” aqui no Brasil. O uso desta peça especial é opcional, porque sua função também é de amplificar a força que chega à timoneria no seu ponto de conexão com a alavanca do cilindro de freio. Alguns projetos de instalação de freio dispensam seu uso, já que a força gerada na caixa tem valor suficiente a uma aplicação segura. Fica à critério do projetista a melhor definição.

Com o surgimento dos freios manuais de volantes verticais, a disposição e o arranjo nas caixas de início pouco mudou, ou seja, a colocação da caixa ainda se manteve próxima das coberturas mesmo não havendo mais a necessidade dos operadores circularem por lá durante a viagem dos trens. Para demonstrar a nova disposição dos freios manuais, a Figura 7 indica sua montagem na cabeceira de um vagão gôndola.

Fig. 7 -Montagem típica dos novos freios manuais já incluíndo o setor de graduação

As posteriores modernizações neste tipo de freio manual foram sendo incrementadas ao longo do tempo, sem modificar seu conceito básico mostrado aqui. Tomando por base o que vem sendo aplicado no Brasil, fecharemos este primeiro trabalho onde ressaltamos o aspecto histórico. Agora, iremos começar a destacar todos os detalhes técnicos que serão necessários para sua aplicação, visando auxiliar àqueles que trabalham com projeto de vagões. Para isso, apresentaremos no próximo blog a inclusão do freio manual na instalação de freio que estudamos em publicações anteriores referentes Às timonerias de freio. Até lá!!