Máquinas de Transporte - Matéria da P1 2014_2 Prof. Alexandre Bibliografia: RUDENKO , N., Máquinas de Elevação e Transporte, Editora LTC, Rio de Janeiro, 1976. NBR 8400. Cálculo de Equipamentos para Elevação e Movimentação de Carga. ABNT, 1984. SHIGLEY, J. E., MISCHKE, C. R., Mechanical Engineering Design. 5th Edition, Editora MacGraw–Hill, New York, 1989. SHIGLEY, J. E., MISCHKE, C. R., Projeto de Engenharia Mecânica, Editora Bookman, 2005. ROCHA, P. M., Elementos Orgânicos de Máquinas, Coleção Schaum, Editora McGraw-Hill, 1970. Introdução: Equipamentos de Transporte (Içamento): vertical e horizontal. Equipamentos de Transporte podem ser divididos em: Classe dos aparelhos de ação periódica; Classe dos aparelhos de ação contínua. Terminologia: Peso morto, peso da carga viva, carga unitárias, cargas a granel. Equipamentos de içamento vertical e transporte horizontal:

Grua

Grua Fixa

Grua ascensional

Grua de lança móvel (Luffing)

Grua sobre trilhos

Grua automontante

Grua sobre pórtico

Grua sobre esteiras

Guindastes

Guindastes sobre Veículos (hidráulicos)

Guindastes sobre esteiras

Guindastes sobre esteiras

Elevador

Equipamentos de Transporte Horizontal

Componentes de uma Máquina de Transporte: Componentes de uma Máquina de Transporte: Órgãos flexíveis de elevação (correntes e cabos); Polias, sistemas de polias, rodas dentadas para correntes; Dispositivos de manuseios de carga; Dispositivos de retenção e frenagem; Motores; Transmissões (eixos e árvores, mancais, etc); Trilhos e rodas de translação; Estruturas; Aparelhos de controle. Definições NBR 8400:

Carga útil Carga que é sustentada pelo gancho ou outro elemento de içamento (eletroímã, caçamba, etc.). Carga de serviço Carga útil acrescida da carga dos acessórios de içamento (moitão, gancho, caçamba, etc.). Carga permanente sobre um elemento Soma das cargas das partes mecânicas, estruturais e elétricas fixadas ao elemento, devidas ao peso próprio de cada parte. Serviço intermitente Serviço em que o equipamento deve efetuar deslocamentos da carga com numerosos períodos de parada durante as horas de trabalho. Serviço intensivo Serviços em que o equipamento é quase permanentemente utilizado durante as horas de trabalho, sendo os períodos de repouso muito curtos; é particularmente o caso dos equipamentos que estão incluídos em um ciclo de produção, devendo executar um número regular de operações. Turno Período de 8 h de trabalho. Translação Deslocamento horizontal de todo o equipamento. Direção Deslocamento horizontal do carro do equipamento. Orientação Deslocamento angular horizontal da lança do equipamento. Estruturas NBR 8400: As estruturas dos equipamentos serão classificadas em diversos grupos, conforme o serviço que irão executar, a fim de serem determinadas as solicitações que deverão ser levadas em consideração no projeto. Para determinação do grupo a que pertence a estrutura de um equipamento, são levados em conta dois fatores: a) classe de utilização; b) estado de carga. Classe de utilização da estrutura dos equipamentos A classe de utilização caracteriza a freqüência de utilização dos equipamentos. Não em função da utilização do movimento de levantamento, definindo- se quatro classes de utilização, conforme a tabela 1, que servem de base para o cálculo das estruturas.

Considera-se que um ciclo de levantamento é iniciado no instante em que a carga é içada e termina no momento em que o equipamento está em condições de iniciar o levantamento seguinte. Estado de carga O estado de carga caracteriza em que proporção o equipamento levanta a carga máxima, ou somente uma carga reduzida, ao longo de sua vida útil. Esta noção pode ser ilustrada por diagramas que representam o número de ciclos para os quais uma certa fração P da carga máxima (F/Fmáx.) será igualada ou excedida ao longo da vida útil do equipamento, caracterizando a severidade de serviço do mesmo. Estes quatros estados de carga estão definidos na tabela 2.

Classificação em grupos da estrutura dos equipamentos e seus elementos A partir das classes de utilização e dos estados de cargas levantadas (ou dos estados de tensões para os elementos), classificam-se as estruturas ou seus elementos em seis grupos, conforme a Tabela 4.

Os diversos grupos indicados na Tabela 4 classificam a estrutura para os equipamentos como um conjunto e determinam o valor do coeficiente da majoração Mx, que por sua vez caracteriza o dimensionamento da estrutura.

Entretanto, para os cálculos de fadiga, não e sempre possível utilizar o grupo do equipamento como critério único para a verificação de todos os elementos da estrutura, pois o numero de ciclos de solicitação e os estados de tensões podem, para certos elementos, ser sensivelmente diferentes da classe de utilização e dos estados de carga do equipamento; nestes casos deve-se determinar para tais elementos o grupo a ser utilizado na verificação a fadiga. O cálculo da estrutura do equipamento é efetuado determinando-se as tensões atuantes na mesma durante o seu funcionamento. Estas tensões são calculadas com base nas seguintes solicitações: a) principais exercidas sobre a estrutura do equipamento suposto imóvel, no estado de carga mais desfavorável; b) devidas aos movimentos verticais; c) devidas aos movimentos horizontais; d) devidas aos efeitos climáticos; e) diversas. a)Solicitações principais As solicitações principais são: a) as devidas aos pesos próprios dos elementos, SG; b) as devidas à carga de serviço, SL. Os elementos móveis são supostos na posição mais desfavorável. Cada elemento de estrutura é calculado para uma determinada posição do equipamento, cujo valor da carga levantada (compreendida entre 0 e a carga de serviço) origina, no elemento considerado, as tensões máximas. Em certos casos a tensão máxima pode corresponder à ausência de carga de serviço. b)Solicitações devido aos movimentos verticais

As solicitações devidas aos movimentos verticais são provenientes do içamento relativamente brusco da carga de serviço, durante o levantamento, e de choques verticais devidos ao movimento sobre o caminho de rolamento. Nas solicitações devidas ao levantamento da carga de serviço, levam-se em conta as oscilações provocadas pelo levantamento brusco da carga, multiplicando-se as solicitações devidas à carga de serviço por um fator chamado coeficiente dinâmico (ψ). O valor do coeficiente dinâmico a ser aplicado à solicitação devida à carga de serviço é dado na Tabela 5.

b)Solicitações devido aos movimentos verticais Para certos equipamentos, as solicitações devidas ao peso próprio e as devidas à carga de serviço são de sinais contrários e convém, nestes casos, comparar a solicitação do equipamento em carga, aplicando o coeficiente dinâmico à carga de serviço, com a solicitação do equipamento em vazio, levando em conta as oscilações provocadas pelo assentamento de carga, ou seja: a) determinar a solicitação total no assentamento da carga pela expressão: b) comparar com a solicitação do equipamento em carga determinada pela expressão: Utilizar para os cálculos o valor mais desfavorável. c)Solicitações devido aos movimentos horizontais As solicitações devidas aos movimentos horizontais são: a) os efeitos da inércia devidos às acelerações ou desacelerações dos movimentos de direção, de translação, de orientação e de levantamento de lança, calculáveis em função dos valores destas acelerações ou desacelerações (Tabela 6); b) os efeitos de forças centrífugas; c) as reações horizontais transversais provocadas pela translação direta; d) os efeitos de choque.

)2

1(

−− ψLG SS

LG SS ψ+

d) devidas aos efeitos climaticos As solicitações devidas aos efeitos climáticos são as resultantes das seguintes causas: a) ação do vento; b) variação de temperatura. A ação do vento depende essencialmente da forma do equipamento. Admite-se que o vento possa atuar horizontalmente em todas as direções. Esta ação é traduzida pelos esforços de sobrepressão e de depressão cujos valores são proporcionais à pressão aerodinâmica. A pressão aerodinâmica é determinada pela fórmula: Onde Vw é a velocidade do vento em m/s.

O esforço devido à ação do vento em uma viga é uma força cujo componente na direção do vento é dado pela relação: Onde:

6,1

2w

a

VP =

aw PACF ..=

A é a superfície exposta ao vento pela viga; C é o coeficiente aerodinâmico que depende da configuração da viga; Pa é a pressão aerodinâmica, em N/m2.

e) diversas Para o dimensionamento de acessos e passadiços, cabinas e plataformas, se prevê como cargas concentradas: a) 3000 N para acessos e passadiços de manutenção, onde podem ser depositados materiais; b) 1500 N para acessos e passadiços destinados somente à passagem de pessoas; c) 300 N de esforço horizontal nos guarda-corpos e corrimãos. Veículos de transporte:

Potência de Translação – veículos de transporte: Resistência ao Rolamento (Fr): O valor de R representa a resistência ao movimento em um trecho horizontal e pode variar em função das características da roda do veículo e da superfície de translação.

Resistência à Inclinação (Fi): Neste caso devem ser consideradas as forças devido a influência da aceleração da gravidade no plano inclinado. Resistência à Aceleração (Fa): Este valor é dividido em duas partes: forças de translação (Fat) e forças de rotação (Far). Motor: Potência do Motor para Velocidade Constante e Trecho Horizontal (Ph): Onde: Fr = Ft x R (Ft corresponde ao peso total sobre as rodas de apoio) [N]; V = Velocidade de Translação do Veículo [m/s]; η = Rendimento da Transmissão Mecânica [adimensional]. Potência do Motor para Velocidade Constante com Inclinação (Pi): Onde: α = inclinação Potência do Motor para a Aceleração do Veiculo em Trecho Horizontal: É necessário acelerar as massas em translação e rotação. O cálculo da potência de aceleração pode ser efetuado da seguinte maneira: Acelerar as massas em translação:

[W] η

VFP r

h

×=

[W] )()(

Pi ηα

ηα VSenFVCosF tr ××+××=

[W] 2

η×××=

a

tat tg

VFP

Onde: Ta = tempo de aceleração [s]; g = aceleração da gravidade [m/s2]. Acelerar as massas em rotação: Onde: Far = Resistência a Aceleração das Massas de Rotação [N]; Θ = Momento de Inércia do Componente Rotativo [kg.m2]; ε = Aceleração Angular [1/s2]; ω = Velocidade Angular [1/s]; Θred = Momento de Inércia Reduzido para o Eixo da Roda Motriz [kg.m2]; εTr = Aceleração Angular da Roda Motriz [1/s2]; ωTr = Velocidade Angular da Roda Motriz [1/s]; r = Raio da Roda Motriz [m]; a = Aceleração [m/s2]. O valor da Potência de Aceleração das Massas de Rotação é: Onde: Tar = Torque de Aceleração das Massas Rotativas. O valor do Torque de Aceleração é: A potência do motor para aceleração do veículo em trecho horizontal é: Onde: ta = tempo de aceleração [s] A Potência de Aceleração Pa é obtido pela soma de Pat e Par.

[N] r

a

r

1 ..........

1F

2redTrred2

221

11ar ×Θ=×Θ×=

××Θ++××Θ+××Θ= ε

ωωε

ωωε

ωωε

Tr

nnn

TrTrr

22

22

2

11red ............

×Θ++

×Θ+

×Θ=Θ

Tr

nn

TrTr ωω

ωω

ωω

[W] η

ωTrarar

TP

×=

[N.m] rFT arar ×=

[W] 2

2

η×××Θ=a

redar tr

VP

[W] 2

22

ηη ×××Θ+

×××=

a

red

a

ta tr

V

tg

VFP

Considerando as dificuldades para o cálculo de todas as inércias dos corpos em rotação do mecanismo de translação do veículo, pode-se utilizar a expressão: Exercício: Calcular o motor do carro de transferência de panela de aço conforme especificação: - Resistência estacionária ao movimento: 0,025; - Tempo de Aceleração: 4 segundos; - Rendimento da Transmissão: 0,75; - Superfície Plana; - Aceleração da Gravidade: g = 10 (m/s2); - Peso Total: Ft = 2600000 (N); - Velocidade de Translação: 0,667 (m/s); Solução: a) Cálculo da potência para velocidade constante em superfície plana. b) Cálculo da potência para aceleração. A potência para aceleração a ser considerada será o maior valor calculado. Orgãos flexíveis de rotação – Correntes e cabos As correntes soldadas são formadas por elos ovais de aço.

[W] x 2,12

η×××=

a

ta tg

VFP

η

VFP r

h

×= .Rtr FF = W5780775,0

667,0025,02600000 =××=hP

x 2,12

η×××=

a

ta tg

VFP W46268

75,04

667,0

10

26000002,1P

2

a =×

××=

As principais dimensões são: t: passo B: largura externa d: diâmetro da barra da corrente. Correntes de elo curto= t≤3d Correntes de elo longo= t>3d A precisão de fabricação divide as correntes soldadas em: Correntes calibradas - passo de ±0,03d e largura externa de ± 0,05d Correntes não calibradas – passo e largura de ± 0,1d Ao mais comuns métodos de fabricação são o de solda a martelo (forja) e a solda de resistência elétrica. As correntes soldadas devem ser ensaiadas sob uma carga igual a metade da carga de ruptura. Não se admite deformação permanente depois do ensaio. Fórmula geral para selecionar correntes soldadas à tração:

Onde: Sg: carga admissivel suportada pela corrente [kgf] Sbr: carga de ruptura [kgf] K: fator de segurança

Correntes de rolos: As correntes de rolos são compostas por chapas articuladas por pinos. As correntes para cargas são feitas com duas chapas, para cargas mais pesadas o número de chapas pode chegar até 12.

K

SS br

g =

Pesquisar qual a melhor entre a corrente de elos e a corrente rolos. Cabos de cânhamo:

Torna-se apropriado apenas para mecanismos de elevação operados manualmente (talhas). Os diâmetros das polias, sobre as quais o cabo corre, deve ser no mínimo 10d (diâmetro nominal da cabo).

A seleção dos cabos de cânhamo é baseada apenas em sua tração, de acordo com a fórmula. Onde: d: diâmetro de um círculo circunscrevendo as pernas [cm]; S: carga sobre o cabo [kgf]; σ: tensão de segurança à ruptura (σbr=100kgf/cm2, para cabos brancos e σbr=90kgf/cm2, para cabos alcatroados).

br

dS σπ

4

2

=

cos785,0 2 brancabosparadS = salcatroadocabosparadS 2705,0=

Onde: d: diâmetro de um círculo circunscrevendo as pernas [mm]; S: carga sobre o cabo [kgf]; Cabos de Aço: Os cabos de aço são amplamente utilizados e suas vantagens em relação as correntes são:

1. Maior leveza; 2. Menor suscetibilidade a danos devido; 3. Operação silenciosa; 4. Maior confiança em operação;

Nas correntes o rompimento ocorre repentinamente, enquanto que nos cabos de aço os fios externos rompem-se antes dos fios internos. Apesar do baixo custo, comparado as correntes, necessita de tambores maiores, o que torna mais pesado o mecanismo. Os cabos de aço são fabricados com fios de aço com uma tensão de resistência de σb=130 a 200 kgf/mm2. Processo de fabricação dos cabos de aço:

Elem

ento

s constituin

tes:

Flexão: é a transição do cabo desde a posição reta até uma posição curva, ou desde a posição curva até uma posição reta. Para a determinação do número de flexões do cabo, dividi-se por 2 o número total de pontos, onde as partes paralelas do cabo entram ou saem. A polia compensadora não é considerada no número de flexões por que ela permanece estacionária quando a carga está sendo elevada ou abaixada.

A relação Dmin/d deve respeitar um número de flexões como é mostrado na tabela 7.

Dmin: diâmetro mínimo de uma polia ou tambor. d: diâmetro do cabo. Tipos de torcedura:

Tipo

s de p

erna:

T

ipos d

e alma ou

núcleo:

Esp

ecificação:

Dimensionamento 1. Coeficiente de segurança O coeficiente de segurança utilizado para cabos de aço se baseia em segurança de operação (ruptura), durabilidade e confiabilidade. Estes coeficientes são normalizados.

2. Equações básicas de projeto

3. Fatores que influenciam na vida útil do cabo

Como a alma do cabo ajuda na lubrificação?

Acessórios:

De

tector d

e dano:

E

xercício:

Valo

r correto

é 91

17.

Va

lor co

rreto é 214

15,2

84

B

oa Prova!!!