UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO UPE

ESCOLA POLITCNICA DE PERNAMBUCO POLI

PROF: FRANCISCO LIMA

DISCIPLINA: EQUIPAMENTO DE MANUTENO E ELEVAO

Dimensionamento de um Prtico RolanteRecife, 13 de Dezembro de 2013.1. IntroduoEste trabalho pretende projetar uma mquina de elevao e transporte para a movimentao de chapas, tubos e vigas de ao em um estaleiro. As atividades de movimentao e armazenagem de matrias primas interferem de modo significativo na produtividade das empresas do setor metal mecnico, principalmente por se tratar de produtos pesados e de difcil manuseio.Mquinas de elevao e transporte so as melhores alternativas para a movimentao area desses produtos em um ambiente industrial, so usadas para movimentao de cargas distncias relativamente curtas em relao outros tipos de mquinas de transporte, atuam em estabelecimentos ou reas, departamentos, fbricas e indstrias, em canteiros de obras, em armazns, etc.

Existem diversos tipos de mquinas de elevao e transporte tais como pontes e prticos rolantes, guindaste, transportadores de correia, etc. A seleo da mquina adequada depende de fatores como o tipo de material e o local de instalao, como pode ser explanado, o prtico rolante a alternativa mais vivel para este caso especfico. Com a implantao do prtico rolante reduz-se custos de mo de obra, materiais e despesas em gerais, alm de melhorar as condies de trabalho dando maior segurana e reduzindo a fadiga dos funcionrios. Ainda h um aumento na capacidade produtiva da rea e no estoque de matria prima assim a empresa pode atingir um nvel de produtividade que compensar o alto investimento.Neste trabalho apresentamos a metodologia do projeto de um prtico rolante e seus componentes.

2. Classificao dos Prticos Rolantes um dos aspectos mais importantes e complexos, que ir prever como o equipamento vai operar, ou seja, a proporo de carga usual de operao em relao carga mxima, e a frequncia de utilizao.

2.1 Caractersticas Gerais do Prtico

Carga: a carga mxima que o prtico vai levantar 8 porm o a maioria das cargas levantadas estar na faixa de 30% a 65% da carga mxima; Altura mdia de elevao (H): 2,0 [m]; Velocidade de elevao (V): 2 [m/min]; Tempo de trabalho dirio (T): 8 [h]; Nmero de ciclos por hora(N): 6 [/]. Vo (L): 3 [m]2.1 Tempo mdio de durao do ciclo de operao

Um ciclo compreende o iamento, o levantamento, a movimentao, o abaixamento e a retirada da carga. Considerando a velocidade de elevao obtm-se um tempo mdio de durao do ciclo (ts) de 300[s].

2.2 Tempo mdio de funcionamento dirio

O tempo mdio de funcionamento dirio (tm) dado pela equao abaixo 1, 6[h/dia]:

tm = 2. 2,0. 6. 8 / 60.2

tm = 1,6 h/dia2.3 Durao terica de utilizao

A durao terica de utilizao (td) de 3200[h], esse valor foi encontrado a partir

Do valor de tm na tabela 17 abaixo:

2.4 Nmero de ciclos de funcionamento

O nmero de ciclo de funcionamento (Nx) dado pela equao abaixo:

Nx = 3600 x (3200/300)

Nx = 3,84 x 104 ciclos

2.5 Classe de utilizao do equipamento

A classe de utilizao leva em conta o uso do equipamento como um todo e obtida a partir do valor de Nx na tabela 18 abaixo:

A classe de utilizao obtida foi: A.

2.6 Tempo total de utilizao efetiva

O tempo total de utilizao efetiva (te) dado pela equao:

te = 3,84 x 104 * 300

3600

te = 3200 h

2.7 Durao de utilizao dos equipamentos

A durao de utilizao dos equipamentos obtida na tabela 19 a seguir:

Encontramos um valor de 5300 h.

2.8 Durao total de utilizao dos mecanismosA durao total de utilizao (ti) dos mecanismos encontrada na tabela 20 abaixo. Para a determinao de ti devemos determinar primeiro a relao entre o tempo de funcionamento do mecanismo (tc) e o tempo do ciclo (ts), essa relao dada pela equao:

Os tempos de funcionamentos para os mecanismos so:

a) Para os movimentos verticais: tc = 75[s];

b) Para os movimentos horizontais: tc = 75[s].

75/300

0,25

A partir da tabela 20, com faixa de velocidade de 2 m/min, obtemos o valor para ti:ti = 3320 h

2.9 Classificao da estrutura do equipamentoAs estruturas dos equipamentos so classificadas em grupos de acordo com o servio a ser executado, para a determinao do grupo so levados em considerao dois fatores: Classe de utilizao;

Estado de carga;

A classe de utilizao foi encontrada no item 2.5. O estado de carga incorpora a percentagem da carga nominal normalmente levantada pela maquina. Conforme indicado nas caractersticas principais do equipamento a maioria das cargas levantadas estar na faixa de 30% a 65% da carga mxima, na tabela 21 abaixo, temos que o estado de carga igual a 2.

Com esses dois fatores: classe de utilizao A e estado de carga 2, podemos determinar que as estruturas dos equipamentos pertence ao grupo 3, como pode ser observado na tabela 22 abaixo:

2.10 Classificao dos mecanismos

A classe de funcionamento dos mecanismos foi encontrada no item 2.8 e V2.

Considerando que os mecanismos so submetidos s solicitaes prximas s mximas, na maioria das vezes temos que o estado de solicitao conforme a tabela 23 abaixo 3. Na tabela 24 abaixo verificamos que o mecanismo deve ser classificado no grupo 3 m:3. Seleo do mecanismo de elevaoNa subseo 3.4.4 estabeleceu-se que o tipo de mecanismo de elevao ser utilizado talha e trole manual. Com a carga nominal, especificada no incio, e a classe de funcionamento dos mecanismos, pode-se selecionar o modelo da talha e do trole. A seleo foi feita consultando o catlogo da empresa CMCO - Columbus McKinnon do Brasil Ltda.3.1 Talha manual

O modelo de talha selecionado foi o CYCLONE ARMY 4531. A figura a seguir mostra as caractersticas tcnicas da talha selecionada.

3.2 Trole Manual

A figura seguinte mostra algumas caractersticas dimensionais e tcnicas do trole manual:

3.3 Reaes nas rodas

A figura seguinte mostra as reaes no trole, R1 e R2, sendo que Wt o peso total do sistema de levantamento somado a carga til, e b1 e b2 as distncias das rodas at o centro de aplicao da carga, que coincide com o centro de massa do sistema de levantamento.

Fazendo o somatrio das foras e dos momentos iguais a zero, sabendo que b1 igual a b2 que 279,4 mm , temos:

R1 = R2 = Wt /2

O peso total do sistema de levantamento pode ser obtido a partir dos dados acima: temos que o peso total (talha+ troler) 229,5 kg. A carga til foi especificada na descrio do equipamento como sendo 8 ton. Ento Wt 8229,5 kg, R1e R2 so 4114,75 kg.

Diagrama de corpo livre do Trole.

3.4 Solicitaes que interferem na estrutura do equipamento

Segundo NBR 8400 (1984) o clculo da estrutura do equipamento efetuado determinando-se as tenses atuantes na estrutura em funcionamento. Para o clculo destas tenses devemos considerar as seguintes solicitaes:

Principais atuantes sobre a estrutura imvel, no estado de carga mais desfavorvel;

Devidas aos movimentos verticais;

Devidas aos movimentos horizontais;

3.4.1 Solicitaes principaisSegundo NBR 8400 (1984) as solicitaes principais, supondo os elementos mveis na posio mais desfavorvel, so devidas:

Aos pesos prprios dos elementos SG;

carga de servio SL;3.4.2 Solicitaes devidas aos movimentos verticais

Estas solicitaes so devidas a elevao relativamente brusca da carga de servio e as aceleraes/desaceleraes. ANBR8400 (1984) estabelece que em solicitaes devidas ao levantamento da carga, devemos considerar as oscilaes provocadas pelo levantamento brusco, multiplicando-se as solicitaes devidas as cargas pelo coeciente dinmico ().

O valor de , dado na tabela 25 abaixo: A=1,15. 3.4.3 Solicitaes devidas aos movimentos horizontaisSegundo NBR 8400 (1984) as solicitaes devidas aos movimentos horizontais so:

Os efeitos de inrcia devidos as aceleraes/desaceleraes, dos movimentos de translao horizontais, calculveis em funes dos valores das aceleraes/desaceleraes;

As reaes horizontais transversais provocadas pela translao;

Os efeitos de choque.3.4.3.1 Efeitos horizontais das aceleraes e desaceleraes

Segundo NBR 8400 (1984) nas solicitaes horizontais devidos s aceleraes ou desaceleraes deve ser calculado:

As foras de inrcia na direo longitudinal a viga resistente resultante dos movimentos do trole:Os esforos devem ser calculados em funo do tempo de acelerao, obtido conforme as condies de utilizao do equipamento e as velocidades atingidas.

Estimando uma velocidade de 0,16[m/s] o tempo de acelerao e a acelerao podem ser obtidos pela tabela 26 abaixo. Temos que o tempo de acelerao (Tm) 2,5[s] e a acelerao (Jm) 0,064[m/s2].

Segundo a NBR 8400 (1984) o clculo da fora de inercia segue o seguinte mtodo:

a) Massa equivalente: Para este caso a massa equivalente igual a massa do sistema de levantamento.

meq=229,5[kg] b) Fora de inrcia mdia: A fora de inercia mdia obtida pela equao abaixo, onde mu a carga til.

Fcm=muJm

Fcm=8000 kg x 0,064

Fcm=512 N

c) Perodo de oscilao dado pela equao abaixo:

Onde:

T1 = perodo de oscilao

= comprimento de suspenso de carga

g = acelerao da gravidade

Calculando, temos:

T1 = 2 x x ( 2,9/9,81)1/2

T1 = 3,42 sd) Coeciente : O valor do coeciente dado pela equao abaixo:

= wt/meq

= 8229,5/229,5 = 35,86e) Coeciente : O valor do coeciente dado pela equao abaixo:

=Tm/T1

=2,5/3,42

=0,73f) Coeciente h: Para valores de maiores do que 2 o h pode ser calculado pela equao abaixo:

h = 6,15g) Fora de inrcia devida carga: O valor da FT dado pela equao:

FT=hFcm FT=6,15 x 512 FT= 3151,52 N3.4.3.2 Efeitos da fora de inrcia resultantes do movimento do prtico

As foras de inrcia resultantes dos movimentos de arranque e paragem do prtico rolante so consideradas como uniformemente distribudas sobre a estrutura.Considerando uma velocidade de VP = 0,40[m/s] e classicando o equipamento como de velocidade lenta e mdia, o tempo de acelerao e a acelerao podem ser obtidos pela tabela 26. Temos que o tempo de acelerao (Tm) 4,1[s] e a acelerao (Jm) 0,098[m/s2]. O clculo das foras de inrcia resultantes dos movimentos do prtico realizado depois do pr-dimensionamento.

3.4.3.3 Coeciente que determina as reaes transversais devidas ao rolamento

As reaes transversais devidas ao rolamento do trole ocorrem devido ao levantamento torto de carga ou travamento das rodas. Segundo a NBR 8400 (1984) as foras componentes deste momento so obtidas multiplicando-se a carga vertical devido as reaes nas rodas, calculadas no item 3.3, pelo coeciente (), que depende da relao entre o vo e a distncia entre eixos v/a. O vo (V) sera considerada como sendo 200[mm] e a distncia entre eixos 279,4 mm, ento v/a = 0,716.

A partir da gura 19 abaixo temos que: igual 0,05.

Assim temos que:

RT = R

Portanto:

RT1 = RT2 = 4114,75 x 0,05 = 205,74 [kgf].3.4.4 Efeitos de choques contra batentes ou para-choques

ANBR8400 (1984) estabelece que no levamos em considerao os efeitos de choque para velocidades de deslocamento horizontal menores que 0,7[m/s], como a velocidade do prtico VP = 0,40[m/s], no ser considerado os efeitos de choque.

3.4.5 Casos de solicitaes Caso I - servio normal sem vento;

Caso II - servio normal com vento limite de servio;

Caso III - solicitaes excepcionais.

Conforme denido na anteriormente o prtico trabalha sem ao do vento, portanto sero efetuados clculos somente para o caso I.

A NBR 8400 (1984) diz que as diversas solicitaes determinadas na seo 4.4 podem ser ultrapassadas devido s imperfeies de clculo ou imprevistos. Por isso deve ser considerado um coeciente de majorao (Mx) que depende do grupo em que o equipamento est classicado, que deve ser aplicado no clculo das estruturas.ANBR8400 (1984) estabelece que para o caso I consideramos as solicitaes estticas devidas ao peso prprio SG, as solicitaes devidas carga de servio SL multiplicadas pelo coeciente dinmico , e os dois efeitos horizontais mais desfavorveis SH. Portanto temos a expresso abaixo:

Ocoecientedemajoraoparaequipamentosindustriaisdeaplicaono-siderrgica dado pela tabela 27 abaixo. Sendo que o equipamento se encontra no grupo 3, o coeciente de majorao ser igual a 1.

4. Dimensionamento da estrutura do prtico rolante

A NBR 8400 (1984) determina que deve-se determinar as tenses nos diferentes elementos da estrutura e nas junes e vericar a existncia de um coeciente de segurana suciente em relao s tenses criticas, considerando que podem ocorrer as seguintes causas de falha:

Ultrapassagem do limite de escoamento;

Ultrapassagem das cargas crticas de ambagem;

Ultrapassagem do limite de resistncia fadiga.

A NBR 8800 (2008) diz que devemos tambm vericar os deslocamentos mximos. As vericaes estruturais obedecero as recomendaes da NBR8800 (2008), mas utilizando os coecientes de segurana estabelecidos pela NBR 8400 (1984).

Neste trabalho no ser realizada nenhuma anlise quanto aos elementos parafusados, junes soldadas e resistncia fadiga.

4.1 Dimenses do prtico rolante

Conforme denido anteriormente (item 2.1) o prtico tem 3,0 m de vo e 3,0 m de altura. Dados usados para o clculo dos momentos:

WT = massa total do sistema de levantamento 8229,5 kg;

g = acelerao da gravidade (9,8[m/s2]); Hcg = altura mxima de elevao da carga (2,9[m]);

B = largura da base do prtico [m];

FT = fora de inrcia devido carga 3151,52 [N].

DCL da estrutura

Pela equao abaixo, temos que o valor mnimo de B 0,226 m, porm ser adotado 1,16 [m] porque utilizamos uma regra prtica de que B H/2,5.

WTg B/2 = FT Hcg

B = 3151,52 x 2,9 x 2 8229,5 x 9,81

B2 = 0,226 m B H/2,5 .: B 2,9/2,5 .: B 1,16

4.2 Pr-dimensionamento da estruturaO pr-dimensionamento do prtico divido em duas partes:

Viga principal;

Pernas.

4.2.1 Viga Principal

A gura abaixo mostra o esquema esttico da viga principal onde R1, R2 foram calculados no item 3.3 e L o vo do prtico rolante, ento temos:

R1 = R2 = 40,36 kN;

b = 0,2794 m;

L = 3 m.

A equao abaixo calcula o valor do momento mximo na viga, o valor ser majorado com os coecientes calculados na seo 3.4:

Mm = 1 x 1,15 x 40,36 x (3 -0,2794) /2

Mm = 63,14 kN.mPara o caso de solicitao I ou seja, servio normal sem vento, a NBR 8400 (1984) estabelece a tenso admissvel (a) para trao e compresso como sendo e /1,5, onde e a tenso de escoamento do material.

Os pers estruturais foram selecionados pelo catlogo da Gerdau, o ao selecionado foi o AR350, pela NBR 7007 (2002) temos que e igual 350[MPa]. Ento o mdulo elstico mnimo da seo dado pela equao abaixo:

Wx > 63,14.103. 106

233,33. 106Wx > 270,6 cm3A NBR 8800 (2008) estabelece valores limites para a flecha mxima admissvel (a), para prticos com capacidade nominal inferior a 200 kN recomendado L/600, ento temos que a 5mm. O momento de inrcia (Ix) dado pela equao abaixo, sendo que o mdulo de elasticidade (E) 205[GPa].

Ix = 1 x 1,15 x 2 x 40,36.103x 33

48 x 205.109 x 5.10-3

Ix = 5094,2 cm4Com os valores de Wx e Ix selecionamos o perfil W310x38,3 da tabela da Gerdau abaixo. As propriedades da seo da viga principal so mostradas.

4.2.2 Dimensionamento das pernas

Para o pr-dimensionamento das pernas considera-se o momento mximo nas pernas, 35% do momento mximo na viga principal. O mdulo elstico mnimo da seo dado pela equao seguinte:

Wx > 63,14 x 0,35 233,33

Wx > 94,71 cm3Com o valor de Wx selecionamos o perfil U de 8 na tabela de perfis Gerdau, com sua respectivas propriedades:

4.3 Dimensionamento do carro lateral

4.3.1 Tipo e dimenses do carril

De acordo a empresa Gantrail (produtora de carris), a largura cheia do carril pode ser determinada considerando uma largura de 2,5 mm por tonelada, Ento temos:

Ke = 2,5 x ( R / g.103 )Onde:

R = reao mxima sobre o carril. Consideramos como sendo o peso total do equipamento (sistema de elevao + carga nominal + viga principal + pilares). Temos todos os pesos desses componentesKe = 2,5 x ( 82,59.103 / 9,81.103 )

Ke = 21,05 mmDa tabela abaixo escolhemos o tipo de perfil:

De acordo com a tabela acima, escolhe-se um carril do tipo A45, uma vez que este apresenta uma largura efetiva de contato entre a roda e o carril de Kef = k 2r1 = 45 2 4 = 37>> ke = 21,05. Outro fator que determinou a escolha deste carril que dimensionaremos as rodas com base no kef, como de resto se pode verificar na tabela abaixo.4.3.2 Escolha das rodas

Uma vez definidas as caractersticas necessrias escolha das rodas, e de acordo com o catlogo da empresa STAHL, tem-se a seguinte tabela, dividindo a carga reativa pela quantidade de rodas do prtico (supondo 4 ), temos:

Sendo assim e de acordo com o catlogo da STAHL, sero escolhidas rodas do tipo SR-E-400 com 250 mm de dimetro, e com uma capacidade de carga de 25050 kg