MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE - Técnicos · PDF filemÁquinas de elevaÇÃo e transporte prof.: kaio dutra aula 7 –mecanismos de retenÇÃo e freios

MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 7 – MECANISMOS DE RETENÇÃO E FREIOS

Mecanismos de Retenção◦Mecanismos de retenção devem serusados para assegurar que a cargapermanecerá imóvel enquanto não estiverrecebendo nenhum comando deoperação. Estes mecânicos são de extremaimportância, pois representam asegurança nas operação, garantindo que acarga não cairá quando estiver sendoerguida ou descida.

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Mecanismos de RetençãoMecanismo de Catraca

◦Este tipo de mecanismo compreende umaroda de catraca e uma lingueta. Os dentesda catraca podem ser dispostos externa ouinternamente à roda, ou ao seu lado. Osdentes são de tal forma que a catracacorre livre, quando a carga estiver sendoelevada.

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◦Dependendo de sua finalidade, umaroda de catraca pode ser projetada comdiferentes números de dentes:◦ z=6 a 8, para macacos de cremalheira e

pinhão, catracas e freios aplicadas pela cargaelevada (talha de parafuso sem fim);

◦ z=12 a 20, para retenção por catracaindependente;

◦ z=16 a 25, mais usados para freios do tipocatraca.

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◦ Os dentes de uma catraca, com engrenamentoexterno, são verificados à flexão pela formula:

◦𝑚 = 23 𝑀

2𝜓𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥

◦ Onde:◦ m – módulo da catraca (m=Diâmetro

externo/número de dentes);◦ 𝜓 – fator que relaciona a espessura da catraca com o

seu módulo (𝜓=b/m) normalmente assume valoresentre 1,5 e 3;

◦ n= número de dentes da catraca;◦ 𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥 - tensão de flexão (300 a 500 Kgf/cm² para aços

de baixo teor de carbono.)

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◦A velocidade periférica da roda da catraca édiretamente proporcional ao seu diâmetro.

◦ Impacto a altas velocidades é diminuídopelo emprego de passos e dentes menores:pode-se, também, usar duas ou maislinguetas, cujos pontos de engrenamentosejam deslocados por uma fraçãocorrespondente do passo.

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◦Os dentes internos das rodas decatracas são muito mais fortesque os externos. Por essa razão,sua equação de resistência temformula pouco diferente:

◦𝑚 =3 𝑀

𝑛𝜓𝜎𝑓𝑙𝑒𝑥

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◦ Catracas de Roletes:◦ Amplamente usadas, as catracas de

roletes são normalmente empregadascom combinação com freios.

◦ A arvore, que deve ser parada, suporta abucha, provida com recessos para osroletes. Os roletes não dificultam arotação anti-horária da bucha,juntamente com a arvore. Quando aarvore começa a girar, no sentido horário,sobe ação da carga, os roletes tornam-secunhas nos recessos da bucha e sãoforçados contra o anel fixo.

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Mecanismos de FreiosFreios de Sapatas

◦ Em maquinário de elevação, os freios tem por objetivocontrolar a velocidade de descida da carga ou mantê-lasuspensa, parada. Os freios também são usados paraabsorver a inércia das massas em movimento.Dependendo da sua finalidade, os freios sãoclassificados como:◦ Estacionamento (parada);◦ De descida;◦ Tipos combinados, servido para parar e controlar a velocidade

de descida da carga.

◦ Há freios operados e automáticos. Os freios operadosincluem: os de sapata ou bloco, de fita, cônicos, dedisco, entre outros.

◦ Entre os freios automáticos então os freios centrífugos(para controlar as velocidades) e freios aplicados pelopeso da carga elevada.

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Mecanismos de FreiosFreios de Sapatas – Principio de Operação

◦ Para mecânicos com somente uma sapata, comoa ação unidirecional de uma sapata causadeformação de flexão na arvore do freio. Destaforma, freios com uma sapata somente sãoempregados para retardar pequenos torques. Acompressão exercida pela sapata, na polia dofreio, deve ser tal que a força de atrito produzidana superfície da polia contrabalance a forçaperiférica (normalmente o troque direto domotor acionador).

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◦ Freios de duas sapatas: Sãoamplamente usados em mecânicos deelevação, translação e de rotação deguindastes e distinguem-se do freio deuma sapata por não produzirdeformações de flexão na arvore dofreio. Guinchos e guindastes,acionados eletricamente, usam quaseque exclusivamente freios de duassapatas.

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◦O freio é aplicado e desapertado porum eletroímã. Por isso, o freio,permanentemente aplicado, será soltosomente quando o eletroímã for ligado.O circuito elétrico normalmente prevêintercomunicação do motor e oeletroímã que, automaticamente,produz ação frenadora mesmo no casode parada acidental do motor.

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Mecanismos de FreiosFreios de Sapatas – Elementos

◦ Polias de Freio: Maquinárias de elevaçãofrequentemente, projetadas com poliasde ferro fundido ou com polias de aço. Aspolias de freio devem ser balanceadasdinamicamente. A largura da polia deveexceder a largura da sapata de 5 a 10mm. As polias de freio devem seraletadas, para melhor dissipação do calor,e providas de furos, entre as aletas, paramais rápida circulação do ar e maiseficiente dissipação do calor naatmosfera.

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Mecanismos de RetençãoFreios de Sapatas – Elementos

◦ Sapatas de Freio: Sapatas de freios sãofixadas a alavancas por meios deparafusos e pinos. As sapatas são feitade ferro fundido e providas commaterial de desgaste (compostobasicamente de resinas, fibras sintéticase partículas metálicas) de freiosespeciais. O material de desgaste deveser preso com rebites ou com parafusosembutidos.

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◦Materiais de desgaste: devem satisfazer aosseguintes requisitos:◦ Ter alto coeficiente de atrito;

◦ Reter a capacidade de frenagem a temperatura de até 300°C;

◦ Resistir, eficazmente, ao desgaste nas mais altas velocidades,pressão específicas e temperaturas;

◦ Submeter-se facilmente a tratamentos;

◦ Ser da baixo custo.

◦ Para fabricação faz-se uso de fitas laminadas prezas a umapeça metálica. As fitas laminadas são fabricadas com umvasto número de medidas de espessuras e comprimentos,são elásticas e podem ser curvadas como se desejar. Elaspossuem alto e estável coeficiente de atrito.

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◦Alavancas de Freios e Tirantes: Alavancas defreios são de aço forjado em matrizes ou pormartelamento. A tensão admissível, a flexão dasalavancas, levando-se em conta os choques defrenagem, é tomada de 400 a 800 kgf/cm² paraaços de baixo teor de carbono, dependendo dotamanho de freio.

◦A extremidade da alavanca de um feio é,frequentemente, fabricada de uma ou diversaspeças de aço forjado.

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◦ Fixação das partes de um eletromagneto defreio: Os eletromagnetos são empregadosquase que exclusivamente, para obter umefeito de soltura. Para possibilitar o desvioda extremidade da alavanca de freio, asbarras de armadura do eletromagneto sãoligadas a alavanca por meio de uma talaarticulada.

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Mecanismos de FreiosFreios de Sapatas – Eletromagnéticos

◦Uma grande variedade de projetos defreios de sapatas, diferentes,principalmente pelo arranjo de seussistemas de alavancas, são empregadosem maquinas de elevação e transporte.Freios de sapatas eletromagnéticospodem ser classificados basicamente emtrês grupos:◦ O primeiro inclui freios com eletromagnetos de

longo curso, tipo êmbolo, no qual o sistemasde alavancas é fixada na parte inferior doêmbolo do eletromagneto. Os projetos dessesfreios se caracterizam pelas inúmeras juntas.

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◦ Uma grande variedade de projetos de freiosde sapatas, diferentes, principalmente peloarranjo de seus sistemas de alavancas, sãoempregados em maquinas de elevação etransporte. Freios de sapataseletromagnéticos podem ser classificadosbasicamente em três grupos:◦ No segundo grupo estão incluídos freios com

eletromagnetos de pequeno curso, no quais ossistema de alavanca é fixado na parte superior doembolo do eletromagneto. Este grupo de freios sedistingue pelos seguintes aspectos: alavancas rígidas,poucas articulações e aplicação do freio por meio deuma mola comprimida.

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◦ Uma grande variedade de projetos defreios de sapatas, diferentes,principalmente pelo arranjo de seussistemas de alavancas, sãoempregados em maquinas deelevação e transporte. Freios desapatas eletromagnéticos podem serclassificados basicamente em trêsgrupos:◦ No terceiro grupo estão os freios com

eletromagnetos presos diretamente naalavanca de freio. Freios deste grupo sãoleves e pequenos, o que os torna muitopopulares.

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Mecanismos de FreiosFreios de Sapatas – Eletro-hidráulico

◦ O dispositivo tem as seguintes vantagens:◦ Pressão constante;◦ Aplicação suave e soltura do freio sem pulsação e

choques;◦ Maior número de operações de ligação por hora.

◦ O dispositivo eletro-hidráulico é um mecanismoindependente, que não requer acoplamentonem tubulação externa. O cilindro dodispositivo acomoda uma bomba centrífuga eum pistão, com duas barras que se estendemao longo de fora através do invólucro dodispositivo, transmitindo força ao freio.

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Mecanismos de FreiosFreios de Sapatas – Cames

◦Nas talhas elétricas, os freios de sapatas são,frequentemente, operados pode umcontrolador. Duas alavancas, guarnecidascom sapatas, abração quase toda a polia defreio. Na parte superior, elas são providas deduas taças, entre as quais é preso uma camena arvore do controlador da talha. Quando omotor dar a partida, a arvore girajuntamente com a came e vence a tensão damola, soltando o freio. A fim de para omotor, o controlador é girado no sentidooposto e a mola trava o freio.

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Mecanismos de FreiosFreios Controlados

◦ O operador o guindaste pode controlar o processo defrenagem somente com a ajuda de freioscontrolados, que o capacitam a diminuirgradualmente a aceleração e chegar a uma paradasuave e precisa. Isso melhora a eficiente e condiçõesde operação dos elementos dos mecanismos.

◦ Freios controlados encontram ampla aplicação nosmecanismos de translação e rotação. Nos mecânicosde elevação, onde o torque de frangem é necessárionão só para parar a carga mas também para mantê-lasuspensa, freios controlados são empregados emguinchos de pequena capacidade somente paracontrolar a descida da carga.

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◦Nos mecânicos de translação e rotação dos guindastes, além dos freiosnormalmente aplicados, são usados freios normalmente soltos e combinados.Nos freios normalmente soltos, sem força aplicada ao pedal ou alavanca decontrole, o freio está na posição solta. Uma força aplicada ao pedal produz umefeito de frenagem.

◦ Comumente o freio é solto por uma mola comprimida, cuja tensão deve sersuficiente para vencer a resistência nos elementos do sistema de freio,quando este está solto.

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◦ Durante todo o período de operação do guindaste, osfreios mantem-se soltos em virtude da forçaelemangnética. A frenagem é efetuada por meio deum pedal, o valor do torque de frenagem, como nosfreios normalmente soltos, é proporcional acompressão exercida sobre o pedal, podendo,portanto, variar numa larga faixa.

◦ Uma grande variedade de projetos de freioscontrolados são empregados em máquinas deelevação e transporte. Eles diferem, principalmente,nos seus princípios de operação e tipos de controle.

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◦ Em pontes rolante, com cabine, o freio domecanismo de translação é controlado porum pedal instalação no ponte. A força étransmitida por meio de cabos, alavanca ousistema hidráulico.

◦ O sistema de controle hidráulico do freiocompreende o cilindro mestre, no qual écriada a pressão do fluido, cilindro hidráulico,atuando no sistema de alavanca de freio desapata e operando pela pressão criada nocilindro mestre, tanque de alimentação,contendo uma quantidade suficiente de fluidopara preencher todo o sistema, tubulações,mangueiras de pressão, juntas e grampos.

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◦ Tanto o cilindro mestre como o cilindro hidráulico nofreio são providas de um pistão. Aumentando-se acompressão no pedal do cilindro mestre,consequentemente aumenta-se a compressão nassapatas do freio.

◦ Quando não se exerce força sobre o pedal, a sapatado freio são soltas por meio de uma mola, quetambém atuam sobre o pistão do cilindro hidráulico,forçando o retorno do fluido, pela tubulação, aocilindro metre.

◦ O pedal do freio volta através de uma mola deretorno. Neste caso, o pistão do cilindro hidráulico éempurrado pela mola do freio e o fluido de frenagemé forçado a retornar ao sistema.

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◦A figura mostra o diagrama do freiohidráulico de fita de um guindaste móvel.A pressão no cilindro C é produzida pelapedal A, came D e pistão B. O fluido defreio escoa, ao longo de um tubo, para ocilindro hidráulico F, cujo pistão G atual nobraço de alavanca H da fita da polia dofreio. Quando o pedal A está solto, a mola Jfaz retornar a alavanca H a sua posiçãoinicial.

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◦ Quando o pedal é solto, a mola K retrai o pistão Be abre o furo L, que provê comunicação do fluidono sistema com o fluido no reservatório M, através do tubo S. Desta maneira, todas as perdasde fluido no sistema, devido ao desgastes noscilindros N e T ou vazamento nas juntas detubulação, são automaticamente preenchidos.

◦ No preenchimento de fluido do sistema hidráulicode controle, o ar deve ser completamenteexcluído, pois sua presença em qualquer parte dosistema pode acarretar falhas dos freios.

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Mecanismos de FreiosFreios de Fita – Teoria Geral

◦O freio consiste em uma polia em tornoda qual é enrolada uma fita de açoflexível, comumente guarnecida comalgum material de atrito. A resistênciade atrito, devido a todas as forças deatrito atuando na superfície de contatocom a polia, é igual a diferença dasforças nas extremidades da fita.

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Mecanismos de FreiosFreios de Fita – Simples

◦ Em um freio de fita simples uma extremidade deentrada da fita é fixa e a alavanca do freio suportasomente a força que cria o atrito com a polia.

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Mecanismos de FreiosFreios de Fita – Enrolamento Múltiplo

◦Um arco de contato, em freios de fita simples, é insuficientepara grandes torques. Nesses casos são usados freios de fita deenrolamento múltiplo, que permitem ângulo maior. A fita tema forma de um garfo.

◦O grande ângulo de abraçamento é obtido pela passagem deuma extremidade da tira através do espaço bifurcado da outraextremidade.

◦O freio de fita de enrolamento múltiplo é projetado, segundoas mesmas linhas do freio de fita simples.

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Mecanismos de FreiosFreios de Fita – Diferenciais

◦ Nestes freios ambas as exterminadas da fita são fixadas a alavanca de frenagem. Eles sãodenominados diferenciais porque seu torque de frenagem é determinado pela diferençados momentos relativos ao eixo de articulação da alavanca de frenagem, causada pelasforças de tração nas extremidades da fita.

◦ A fim de que a fita possa separar-se uniformemente da polia, os freios de fita devem terbarras dobradas de aço chato, dispostos em torno da parte externa da fita com parafusosde ajuste espaçados a intervalos definidos para ajustar o deslocamento da fita.

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Mecanismos de FreiosFreios de Fita - Eletromagnético

◦ A figura mostra um tipo de freio eletromagnético de fita.Uma polia de freio ferromagnética é abraçada por umafita magnética com forma de caixa, ajustada frouxamentena carcaça, no ângulo de quase 360°. A fita acomoda abobina, rigidamente presa a caixa e provida de terminaispara ligação a fonte de alimentação.

◦ Quando a corrente circula através da bobina as linhasmagnéticas de força passam através do lados da fita epolia de freio, causando a compressão da fita e agarrandoo tambor. Quando a corrente é desligada a fita elásticavence a força do magnetismo residual, expande-se e soltaa polia de freio.

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Mecanismos de FreiosFreios de Fita - Eletromagnético

◦ Nesse tipo de freio, a força magnética é usada para atuarsobre todo o comprimento da fita, o que possibilita umaumento substancial de torque de frenagem.

◦ O projeto de uma freio com uma fita magnética, possui avantagem do pequeno tamanho e ausência de alavancas.Este freio pode ser bastante eficaz em muitosmecanismos de maquinas de elevação e transporte. Nãopode ser usado para mecanismos de elevação de carga,porque opera sob corrente (falta acidental da correntepode derrubar a carga).

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Mecanismos de FreiosFreios de Fita – Com Roda de Catraca

◦ Quando operamos a mão, estes freios podemser usados para controlar a descida da carga epara mantê-la suspensa. É portanto, umacombinação de freio de descida e de parada.

◦ A figura mostra um freio de fita com roda decatraca. A roda de catraca a é chavetada naarvore da carga, enquanto a polia de freio b émontada, livremente, sobre a arvore. O freio éacionado pelo peso G e solto pelolevantamento da alavanca de freio. A linguetad é montada no pino de articulação l preso napolia de freio e mantem-se engatada com aroda de catraca pela mola f.

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Mecanismos de FreiosFreios Cônicos

◦ Os freios cônicos são empregados como sistemaindependente com controle eletromagnético oupelo motor ou em cominação com mecanismos decatraca, que constituem um componente essencialdos freios operados por um peso elevado.

◦ A figura mostra o diagrama de um freio cônico e seuprincípio e operação.

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Mecanismos de FreiosFreios Cônicos

◦ A figura ilustra um freio eletromagnético paraum talha elétrica. O flange a do freio éaparafusado a estrutura da talha e servetambém como uma caixa para o eletromagneto,que acomoda duas seções b da bobinasolenoide. O disco de atrito externo C é preso naextremidade da arvore do mecanismo deelevação, enquanto que o disco interno d comum cubo alongado e duas chavetas e, pode serdeslocado para dentro da caixa do magneto. Estefreio é aplicado pelas molas e solto por umsolenoide.

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Mecanismos de FreiosFreios a Disco

◦ Freios de múltiplos discos tem suas açãodependente do atrito dos conjuntos dediscos fixos e rotativos. Os discos 2, envoltosnuma caixa estacionária 1, são chavetados nacaixa, enquanto que os discos 3 sãochavetados na arvore e giram com ela. Sob aação de força axial S da arvore, os discos sãosimultaneamente comprimidos e o atritoentre eles desenvolve o efeito de frenagem.

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Mecanismos de FreiosFreios Centrífugos

◦ Os freios centrífugos encontram aplicação nosmecanismos de elevação, não incorporandopropriedades de autofrenagem. São projetados paracontrolar a velocidade de descida da cargaautomaticamente, quando o freio de parada estácompletamente solto. Os freios centrífugos estão,portanto, na classe dos freios automático, de descida.O tipo de freio centrífugo mais difundido é mostradopela figura.

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◦ Na polia 1 do freio de fita de parada, chavetadona arvore do mecanismo, são fixados pinos dearticulação de três patins contrapesados, cujasextremidades são ligadas as buchas de ajuste 3,pelas conexões 2. A mola espiral 4, a bucha 3 aocubo da polia 1. Os patins 5 são presos as sapatasde atrito 6. O aro fixo atua como segundasuperfície de atrito.

◦ Quando a polia 1 alcança uma certa velocidade,os patins 5 expandem-se, separadamente, pelaforça centrífuga e, vencendo a força da mola 4,são comprimidos contra o aro interno. A mola éprojetada por uma força que conserva o freiosolto a baixas velocidades.

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◦ A figura mostra outro projeto de freio centrífugo.Na arvore 1 está chavetado o disco 2, sobre cujocubo um outro disco 3 é ajustado sobre ranhuras.A mola 4, que se apoia a bucha 5, cuja posição éajustada por parafusos, tende a abrir os discos 2 e3, enquanto que os pesos 6, sob a ação de forçacentrifuga, tende a aproxima-los por meios dasalavancas angulares. Quando os discos seaproximam um do outro, prendem o disco fixo 7.

◦ Numa velocidade uniforme deve haver equilíbrioentre o torque da carga, que tende a acelerar aarvore, e o momento, devido ao atrito entre osdiscos, que tendem a parar a arvore.

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