UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE
Prof. Dr. Cláudio Roberto Losekann
I
DISCIPLINA: DEM1028
CLAUDIO R. LOSEKANN, Dr. Eng.
UFSM
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
2013
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Notas de aulas, apostila e material didático., Resumos de Mecânica
Dimensionamento, apostila. Catálogo, cálculos.
Tipologia: Resumos
2021
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MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE
Prof. Dr. Cláudio Roberto Losekann
I
DISCIPLINA: DEM
CLAUDIO R. LOSEKANN, Dr. Eng.
UFSM
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
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II
ÍNDICE ANALÍTICO
ÍNDICE ANALÍTICO....................................................................................................................II ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................III
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IV
Figura 3.19 – Sistema de levantamento com dois tambores. 68 Figura 3.20 - Características das Ranhuras do Tambor. 75 Figura 3.21 - Dimensões principais do tambor. 76 Figura 3.22 - Dimensionamento da ponta de eixo e flange do tambor. 80 Figura 3.23 - Arranjo do sistema do mecanismo de elevação sobre o carro. 86 Figura 3.24 - Arranjo do mecanismo de acionamento da translação da ponte. 90 Figura 3.25 - Detalhe do conjunto de acionamento da translação da ponte. 91
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V
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2.1: Rendimentos de mancais 11 Tabela 3.1: Especificações do veículo 19 Tabela 3.2: Valores de R – Resistência ao movimento 19 Tabela 3.3: Cálculo do momento de inércia da secção crítica 29 Tabela 3.4: Especificações do Motor de Acionamento 35 Tabela 3.5: Especificações do freio 35 Tabela 3.6: Especificações gerais do redutor 37 Tabela 3.7: Especificações gerais do redutor – Requisitos da aplicação e condições de projeto 38 Tabela 3.8: Valores referentes ao cálculo de resistência à fadiga 39 AGMA 420.04 e AGMA 221.02 39 Tabela 3.9: Valores referentes ao cálculo de resistência ao desgaste 42 AGMA 420.04 e AGMA 211.02 42 Tabela 3.10: Engrenamento do conjunto de rodas 54 Tabela 3.11: Especificações básicas da Ponte Rolante 60
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deve ser projetado de tal forma a atender todas as condições referentes as suas especificações com dimensões compatíveis do local de instalação. Além disso, devem ser atendidos outros requisitos como: segurança, custos de fabricação, meio ambiente, ergonomia, facilidades e custo de manutenção. Nesta etapa a criatividade dos responsáveis pelo desenvolvimento da máquina é o fator fundamental, sendo necessário o conhecimento do desenho técnico e das técnicas de projeto de máquinas.
Durante o desenvolvimento de um equipamento é necessária a utilização de componentes disponíveis no mercado. O grau de utilização destes componentes pode variar desde a seleção e especificação de elementos de máquina, como por exemplo: parafusos, rolamentos ou acoplamentos; até a especificação de um equipamento completo, disponível no mercado, que atenda todos os requisitos especificados. É importante observar que o fornecedor também deve atender as normas e critérios de cálculo que garantam o desempenho do equipamento. Portanto, é importante analisar nos dados técnicos dos catálogos os procedimentos utilizados no projeto dos componentes selecionados.
1.3 – TIPOS DE TRANSPORTE, INSTALAÇÕES E GRUPOS
DE MÁQUINAS
O crescente desenvolvimento das atividades de mineração, indústria e do intercâmbio comercial tornam necessários o desenvolvimento de inúmeros equipamentos destinados à movimentação de cargas. Considerando a diversidade das aplicações existentes nas atividades modernas, estes equipamentos receberam diversas classificações. Os equipamentos a serem estudados nesta disciplina englobam os meios de movimentação de carga utilizados dentro do ambiente industrial, áreas de mineração, armazéns, depósitos e locais restritos de uma maneira geral.
A classificação geral das principais Máquinas de Elevação e Transporte que possuem grande aplicação na atualidade pode ser da seguinte forma:
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I. Veículos de transporte
A) Veículos para transporte manual (carrinhos, carros) B) Veículos motorizados (carro, trator, empilhadeira). Elétricos, diesel ou gás.
II. Transportadores de carga
Podem ser contínuos ou descontínuos: A) Correias transportadoras. B) Transportadores articulados: esteira articulada, transportador de canecas, transportador circular, transportador raspador e transportador de correntes. C) Hélices transportadoras. D) Transportadores oscilantes. E) Mesas de rolos F) Instalações pneumáticas e hidráulicas de transporte.
III. Equipamentos de elevação e transferência
A) Talhas
- Polias
- Talhas helicoidais
- Talhas de engrenagem frontal
- Talhas elétricas
- Carros de ponte para talhas B) Guinchos
- Guinchos de cremalheira
- Guinchos manuais
- Guincho móvel manual
- Guinchos acionados por motor elétrico C) Macacos
- Macaco de rosca
- Macaco hidráulico D) Guindastes
- Guindastes de ponte (pontes rolantes)
- Guindastes móveis de paredes
- Guindastes de cavaletes (pórticos e semi-pórticos)
- Pontes de embarque
- Guindaste de cabo E) Elevadores
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- AGV (Automated Guided Vehicles) : São utilizados desde 1950 podendo carregar até 100 toneladas. Os AGVs modernos são controlados por computador, possuindo microprocessadores e gerenciadores de sistema que podem até emitir ordens de transporte e recolher ou descarregar cargas automaticamente. Existem diversos modelos, com os mais variados tipos de sensores e até por rádio freqüência. As desvantagens desse sistema são o custo e manutenção elevados.
Figura 2.2 - AGV.
2.2 - TRANSPORTADORES DE CARGAS
2.2.1 - Transportadores contínuos
São mecanismos destinados ao transporte de granéis e volumes em percursos horizontais, verticais ou inclinados, fazendo curvas ou não e com posição de operação fixa. São formados por um leito, onde o material desliza em um sistema de correias ou correntes acionadas por tambores ou polias. São utilizados onde há grande fluxo de material a ser transportado em percursos fixos.
Podem-se citar como exemplos os seguintes sistemas:
- Esteiras transportadoras : São equipamentos de ampla aplicação, podem ser de correia, fita ou de tela metálica utilizadas geralmente para grandes quantidades de material. As fitas metálicas podem ser feitas de aço carbono, aço inoxidável e aço revestido por borracha. Nas esteiras o ângulo máximo de inclinação é função das características do material (entre 20° e 35°). As esteiras transportadoras apresentam a desvantagem de possuir uma pequena flexibilidade na trajetória.
Figura 2.3 – Correia transportadora.
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- Transportadores de roscas : São indicados para a movimentação de materiais pulverizados não corrosivos ou abrasivos. Utilizados em silos, moinhos, indústria farmacêutica, etc. O transporte é feito através da rotação do eixo longitudinal do equipamento.
Figura 2.4 – Hélice transportadora.
- Transportadores magnéticos : Utilizados para a movimentação de peças e recipientes de ferro e aço. Consiste em duas faixas de ferro magnetizadas por ímãs permanentes colocados na parte posterior de um transportador de fita, com um pólo em cada faixa, assim, o material ferroso é conduzido e atraído simultaneamente, podendo seguir em trajetórias verticais e horizontais, ser virado, etc. Vantagens: é silencioso, requer pouco espaço e manutenção, trabalha até embaixo d’água. Desvantagens: só transporta materiais ferrosos.
- Transportadores pneumáticos : Utilizados para transporte de materiais granulados em silos, moinhos e portos. Constituem-se em um conjunto de tubulações e de um sistema motor que produz a corrente de ar. Vantagens: funcionam em qualquer tipo de trajeto, vedação completa, requer pouco espaço, baixos custos de manutenção. Desvantagens: somente utilizado para materiais de pequena granulometria e não abrasivos.
- Transportadores de roletes livres : Não há mecanismo de acionamento (somente a força da gravidade ou manual). É um sistema de transporte econômico. Permite o transporte de todos os materiais não a granel. A superfície de fundo do material deve ser dura e plana e no mínimo 3 roletes devem estar agindo simultaneamente sobre a carga.
Figura 2.5 – Roletes transportadores.
- Transportadores de correntes: Evita problemas de contaminação permite o aproveitamento do espaço aéreo, gasto inicial e manutenção baixos.
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- Pórticos rolantes : São vigas elevadas e auto-sustentáveis sobre trilhos. Possuem sistema de elevação semelhante ao das pontes rolantes. Os pórticos são utilizados no armazenamento em locais descobertos. Vantagens: maior capacidade de carga que as pontes rolantes, não requer estrutura. Desvantagens: menos seguro, interfere com o tráfego no piso e é mais caro.
Figura 2.8 – Pórticos rolantes.
- Monovias : São dispositivos para elevação de cargas em indústrias ou depósitos, formados por uma única linha ou trilho, normalmente horizontal. São suspensos por pilares, onde sobre o trilho corre um carrinho equipado com uma talha operada por um sistema elétrico, pneumático ou manual com roldanas e cabos, ou engrenagens que reduzem o esforço de elevação da carga, permitindo suspendê- la com a força do braço ou de um pequeno motor. Esse sistema de monovia difere da ponte rolante por cobrir uma só linha ao invés de permitir translação nos três eixos.
Figura 2.9 – monovias.
2.3 – EQUIPAMENTOS DE ELEVAÇÃO E TRANSFERÊNCIA
São equipamentos destinados a mover cargas variadas para qualquer ponto dentro de uma área fixa, onde a função principal é transferir. São aplicados onde se deseja transferir materiais pesados, volumosos e desajeitados em curtas distâncias dentro de uma fábrica. São representadas por um grande número de equipamentos. Sua classificação é de difícil realização devido a quantidade de formas construtivas nas quais podem ser encontradas. Abaixo é apresentada uma classificação dos principais equipamentos de elevação e transferência.
- Talhas : São partes integradas de máquinas transportadoras, operadas por um sistema elétrico, pneumático ou manual. Como características principais podem-se citar a presença de correntes, roldanas e engrenagens na maioria das talhas. O meio de fixação de carga é em geral um gancho e têm capacidades de
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carga em geral de até 10 Tf. São utilizadas em pontes rolantes, stacker cranes e monovias, para realizar o movimento de suspensão da carga.
- Talhas manuais
- Talhas helicoidais
- Talhas de engrenagem frontal
- Talhas elétricas
Talhas manuais : Podem ser alavancadas ou corrente direta. O içamento se dá por força manual, transmitida através das correntes e multiplicada pelo jogo de polias, permitindo elevação de cargas de até 3 Tf. No modelo de alavancas o travamento é feito pelo dispositivo de catraca da própria alavanca e no modelo de correntes simples é necessário um dispositivo adicional de travamento ou frenagem.
Figura 2.10 – Talhas manuais de corrente.
Talhas elétricas: Podem ser com tambor de enrolamento ou com engrenagem dentada para correntes. Nesta configuração, pode-se obter capacidades de carga de até 10 Tf. O travamento das cargas deve ser feito por um servo-motor. As talhas elétricas têm como principal vantagem permitir a automatização da movimentação e acionamento à distância.
Figura 2.11 – Talha elétrica.
Talhas fixas: As talhas fixas são fornecidas com uma base de montagem com quatro furos, ajustáveis a uma grande variedade de instalações. O cabo de aço poderá ser montado nas quatro posições indicadas no desenho abaixo. Ao adquirir uma talha com a posição de montagem fixa, é necessário informar a posição correta da base e da saída do cabo, indicados na imagem abaixo.
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enrolado em várias camadas sobre um tambor liso. Dependendo da capacidade de carga, engrenagem helicoidal com freio de compressão axial, mais frequentemente transmissão intermediária de rodas frontais de dois ou três passos, roda de tranqueta para frenagem de parada e descida, placas em chapa de aço; suportes de flange em ferro fundido com graxa lubrificante.
A relação de transmissão dos guinchos manuais é calculada como nas talhas de rodas frontais. O rendimento total para a rosca (mancais de deslizamento engraxados, dentes perfilados) é de 0,9, com transmissão intermediária de um passo, 0,86 de dois passos e 0,82 de três passos.
Na tabela abaixo pode-se ver os rendimentos de mecanismos de talhas e guinchos. Tabela 2.1: Rendimentos de mancais com Peças da construção (^) Mancais de deslizamento
Mancais de rolamento
Polias de corrente 0,94 0, Pinhões de corrente com rodas de cabrestante
Rodas de corrente para correntes de polia 0,94 0,
Polias de cabo 0,96 0, Par de rodas frontais ou cônicas, lubrificação com graxa
Par de rodas frontais ou cônicas, lubrificação com óleo
Tambor para cabo 0,96 0,
Obs.: A força da manivela manual, produzida por um operário, pode chegar a 12 kgf com picos de até 25 kgf, com um raio de manivela de 40 cm e uma altura confortável de eixo da manivela.
Guincho móvel manual : As peças da unidade motora comuns de talhas manuais são dispostas num quadro em aço soldado e deslocável à mão, força de sustentação de 1 a 25 Tf. Mecanismo de elevação com roda cabrestante, engrenagem helicoidal de dois passos, freios por pressão de sobrecarga, pinhão de corrente (para corrente de aço) ou roda para corrente de Gall: guincho móvel de engrenagem helicoidal. Tração de corrente de cabrestante para os mecanismos de elevação de 30 a 40 kgf com carga nominal. Acionamento do mecanismo de translação através da roda de cabrestante (força de tração = 20 kgf) que com forças de sustentação de até 3 Tf fica montada diretamente sobre o eixo da roda motriz que deverá ser acionada, em outros casos gira acima de uma transmissão intermediária de rodas dentadas deste eixo.
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Guinchos acionados por motor elétrico : a) Guinchos para volumes – com gancho, fixos em guindastes giratórios (guindastes de cais e estaleiros, guindastes giratórios de torre para construções, guindastes flutuantes). Transmissão intermediária na caixa de mudanças fundida ou soldada com lubrificação a óleo. Os dentes enviesados e os rolamentos garantem funcionamento silencioso e bom rendimento. Caixa de mudanças para duas velocidades. Na maioria dos casos os freios são de parada de segurança. Montagem sobre pedestal fundido ou quadro de chapas de aço soldadas.
b) Guinchos de garras – os cabos de fecho e de manobre de garras e de caçambas de virar de cabos múltiplos tem tambores diferentes. A disposição aos pares dos cabos (garras de três ou quatro cabos requerem que os tambores correspondentes sejam construídos com ranhuras a direita e a esquerda). A disposição do motor e a conformação da engrenagem permitem que o tambor de fecho possa ser acionado isoladamente. A conexão mecânica entre os dois tambores é feita, na maioria das vezes, através de uma engrenagem planetária. A roda planetária é sempre de construção simples para proporcionar uma engrenagem segura.
Figura 2.13 – Guinchos.
- Macacos : São ferramentas mecânicas utilizadas para pequenos deslocamentos de cargas ou quando é requerida a movimentação de uma carga elevada. Os macacos utilizados em operações de transporte de materiais podem ser divididos em: macacos de parafuso e macacos hidráulicos.
- Macaco de parafuso
- Macaco hidráulico
Macaco de parafuso : É um instrumento para a elevação de material pesado, pode ser encontrado em veículos, garagens e oficinas mecânicas, onde são utilizados para a elevação do automóvel para facilitar a manutenção. Permite que o esforço humano seja ampliado e transmitido à carga, através de um parafuse de rosca, promovendo a suspensão da peça. Devido ao seu efeito auto-blocante, este tipo de instrumento é mais seguro em relação aos macacos hidráulicos que necessitam que uma pressão contínua seja mantida para que a posição seja fixada. Em geral é utilizada uma lubrificação com graxa. Figura 2.14 – Macacos de parafuso.
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estende ou retrai os tubos aumentando ou diminuindo o comprimento da lança. Outro tipo de guindaste bastante popular é o guindaste montado sobre um caminhão utilizando a plataforma de uma carreta ou caminhão, o que fornece ao guindaste a mobilidade de um caminhão convencional. As patolas que são usadas para nivelar e estabilizar o guindaste estende-se horizontalmente e verticalmente possibilitando a movimentação de materiais pelo guindaste.
Figura 2.16 – Guindastes móveis.
Estes guindastes [hidráulico-telescópicos] são as máquinas de motor-único onde o mesmo motor é usado mover a lança e o equipamento em si, similar ao modelo encontrado no guindaste da esteira rolante. Sendo que no guindaste de esteira rolante sua principal característica é ele ser montado sobre um jogo de trilhas que fornecem para a estabilidade e a mobilidade do guindaste.
Guindastes de fixos: Na construção civil existe ainda uma ampla utilização de guindastes fixos, em obras onde o uso de guindastes é constante e a obra se estende por um período de tempo longo. Para este tipo de necessidade geralmente é utilizado o guindaste de torre que é uma forma moderna do guindaste de contrapeso. Fixo a terra, os guindastes de torre oferecem a melhor combinação de altura e capacidade, e são usados freqüentemente na construção de edifícios altos. Para conservar o espaço de trabalho na obra, o eixo vertical do guindaste é construído freqüentemente dentro e ao centro da futura edificação, que é então, após o termino da obra (quando o guindaste é desmontado) convertido ao eixo do elevador. Um eixo horizontal é balanceado assimetricamente no alto do eixo vertical, a seção curta do eixo horizontal carrega um contrapeso de blocos de concreto, e sua seção longa carrega o equipamento responsável pelo levantamento da carga.
Guindastes de cavaletes: Existem locais que possuem uma demanda muito grande de movimentação de carga, como portos e terminais de carga. Nestes locais encontramos equipamentos como o Pórtico que é um equipamento de grande porte utilizado para manusear containeres e cargas pesadas. O mecanismo de levantamento de carga é montado em um eixo transversal suportado por eixos verticais que se movem em trilhos, podendo mover cargas muito pesadas. Outro tipo de guindaste encontrado em portos são os guindastes flutuantes, são usados também para a carga e descarga ocasional de cargas especialmente pesadas ou inábeis para os pórticos.
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Figura 2.17 – Guindastes de cavalete.
Alguns guindastes flutuantes são montados em uma balsa, outras são barcas- guindaste com uma capacidade de içamento que excede 10.000 toneladas. Estes equipamentos também são usados na construção de pontes onde transportam seções inteiras da ponte. Por fim os guindastes flutuantes também são utilizados em navios de resgate.
Indiferentemente de suas características peculiares todos os guindastes seguem alguns princípios mecânicos que ilustram o uso de uma ou mais “máquinas simples” para criar uma vantagem mecânica: Os guindastes, como todas as máquinas, obedecem ao princípio da conservação de energia. Isto significa que a energia empregada à carga não pode exceder a energia interna da máquina. Desde que a energia seja proporcional à força multiplicada pela distância, a energia de saída é mantida aproximadamente igual à energia da entrada (na prática ligeiramente menor, porque alguma energia é perdida com o atrito.).
- Elevadores : A história dos elevadores começa a partir de 1850, com os novos processos de produção de ferro e de aço pela siderurgia. Nos anos de 1920, os arquitetos e engenheiros podiam levantar arranha-céus monumentais com vigas de aço. Os elevadores modernos são o elemento crucial que torna prático viver e trabalhar dezenas de andares acima do chão. Cidades verticais como Nova Iorque dependem totalmente dos elevadores. Mesmo em prédios com poucos andares, os elevadores são essenciais para fazer os escritórios e apartamentos acessíveis para pessoas com necessidades especiais. Os principais tipos são: - Elevadores hidráulico-pneumáticos - Elevadores de cabos
Figura 2.18 – Elevador.