Apostila Projeto de Ponte Rolante

PROJETO DE MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE DIMENSIONAMENTO DE UMA PONTE ROLANTE Este resumo de dimensionamento de dispositivos e de mecanismos de máquinas de elevação e movimentação de materiais aborda uma ponte rolante convencional de 200,0 kN (≅20,0 toneladas), destinada a áreas de montagem. O resumo está apresentado em duas partes. Na primeira são mostrados os cálculos preliminares que são feitos durante o dimensionamento de uma ponte rolante e, na segunda, nos anexos, estão incluídas as tabelas de dados e informações necessárias para os cálculos. Desta forma, todos os cálculos deste resumo são referenciados às tabelas informativas. O dimensionamento preliminar dos mecanismos e dispositivos de uma ponte rolante é ilustrado através de um exemplo cujos dados são os que se seguem. Capacidade de elevação de carga: Altura de elevação da carga: Tipo de Moitão (Bloco de Elevação): Vão da Ponte Rolante: Finalidade: Finalidade: Peso aproximado do carro da Ponte: Peso aproximado aproximad o da Ponte Rolante:

Q = 20,0 t (≅ 200,0 kN). H = 13,0 m. CDS = Curto, Deslizamento, Simples. S = 20,0 m. Setor de Montagem. Wc = 5 t (≅50 kN). Wp = 28 t (≅280 kN)

1. CLASSIFICAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DA PONTE ROLANTE Grupo de serviço - Conforme a Tabela A-01 do Anexo 01. Nessa Tabela, as pontes de montagem são classificadas no Grupo 1 de trabalho. Número de ciclos por hora - Conforme a Tabela 1. A Tabela 1 fornece, em função do grupo da transmissão por cabo, o número de ciclos por hora que a ponte rolante é solicitada. Tabela 1 - Número de ciclos por hora [c/h] conforme a norma DIN 15020. Grupo de Trabalho Número de ciclos por hora [c/h] 0 Até 6 1 De 6 a 18 2 De 18 a 30 3 De 30 a 60 4 Acima de 60 No exemplo deste resumo, o Grupo 1 corresponde de 6 a 18 ciclos de operações por hora. 2. SISTEMA DE ELEVAÇÃO DA CARGA O sistema de elevação da carga de uma ponte rolante é principalmente constituído dos seguintes componentes ou subsistemas: motor elétrico de indução, acoplamento elástico, redutor de engrenagens, tambor de elevação da carga, cabos de aço e moitão Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

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ou bloco de elevação. Para iniciar os cálculos é necessário, além da carga, conhecer o peso do moitão. Peso do Moitão QM - Conforme a Tabela A-04 do Anexo 02. A carga Q = 20,0 t corresponde a um moitão gêmeo com 8 cabos (8 ramais de cabos) com peso QM = 350,0 kgf (≅3400,0 N). As demais dimensões de moitões curtos com mancais de deslizamento (CDS) encontram-se encontram-se Tabela A-05 do Anexo 02. 2.1 Motor Elétrico do Sistema de Elevação da Carga Os primeiros componentes a serem definidos no dimensionamento de uma ponte rolante são os motores elétricos. Normalmente no cálculo da potência de regime, considera-se: Q = carga no gancho [kgf]; QM = peso do moitão [kgf]; VE = velocidade de elevação [m/min]. Os motores elétricos utilizados nos sistemas de elevação de carga de pontes rolantes são normalmente de indução trifásicos, fechados, autoventilados e com rotor de anéis. Em aparelhos de elevação e transporte de pequena capacidade e serviço leve utilizam-se também os motores elétricos de indução com rotor curto circuitado, os conhecidos motores de gaiola. Maiores informações sobre o cálculo de motores elétricos podem ser obtidas na apostila “Motores Elétricos Utilizados em Máquinas de Elevação e Movimentação de Materiais e em Máquinas Ferramentas” – B. de M. Purquerio – 1996. Rendimento Total do Sistema de Elevação. Para o dimensionamento preliminar do motor elétrico do sistema de elevação existem vários rendimentos a serem considerados. O rendimento do moitão é obtido da Tabela A 02, no Anexo 02. O rendimento para os moitões obtidos dessas tabelas é em função do número de cabos de sustentação. Como os m oitões de pontes rolantes têm um cabeamento simétrico (gêmeo), conforme ilustra a Figura 1, entra-se nessas tabelas com a metade do número de cabos de sustentação. O rendimento do tambor de elevação está relacionado com o par de engrenagens retas que o aciona, que é normalmente 0,96 a 0, 97, conforme pode ser visto na Figura A 01 (Anexo 02). Resta ainda o rendimento do redutor, que pode ser adotado preliminarmente preliminarmente como sendo 0,90. O rendimento total do sistema de elevação de carga é assim obtido para dar continuidade aos cálculos. Rendimento Rendimento do moitão, Conforme Tabela A-02 do Anexo 02. Rendimento do Tambor. Rendimento do redutor. Rendimento Rendimento Total.

ηM = 0,94. ηT = 0,96. ηR = 0,90.

ηTot = ηM x ηT x ηR = 0,94 x 0,96 x 0,90 = 0,81.

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Velocidade de elevação V E – Conforme a Tabela 2 (Texto). Um número de ciclos por hora até 18 corresponde a uma velocidade baixa. Portanto para uma ponte rolante de capacidade 20,0 t, funcionando com velocidade baixa, segundo a Tabela 2, obtém-se: VE = 4,5 m/min. Potência de regime N R. A potência de regime é calculada, preliminarmente, pela expressão que se segue.

NR =

( Q + Q M ) VE ( 20000 +350 )4 ,5 = = 25 ,1 CV [18 ,8 kW ] 60 × 75 η E 60 × 75 × 0 ,81

Tabela 2 – Velocidades recomendadas para operações de pontes rolantes – V p. Carga Velocidade [m/min] da Ponte Elevação Movimento do carro Movimento da ponte Rolante Baixa Média Alta Baixa Média Alta Baixa Média Alta [ton] 3,0 6,0 10,0 20,0 38,0 45,0 60,0 60,0 90,0 120,0 5,0 6,0 10,0 20,0 38,0 45,0 60,0 60,0 90,0 120,0 7,5 6,0 10,0 20,0 38,0 45,0 60,0 60,0 90,0 120,0 10,0 6,0 9,0 18,0 38,0 45,0 60,0 60,0 90,0 120,0 15,0 4,5 9,0 15,0 38,0 45,0 60,0 60,0 90,0 120,0 20,0 4,5 7,5 12,0 38,0 45,0 60,0 60,0 90,0 120,0 25,0 4,5 7,5 9,0 30,0 45,0 54,0 60,0 90,0 120,0 30,0 4,5 7,5 9,0 30,0 38,0 54,0 45,0 80,0 100,0 35,0 3,0 4,5 7,5 30,0 38,0 45,0 45,0 80,0 100,0 40,0 2,5 4,5 7,5 30,0 38,0 45,0 45,0 80,0 100,0 50,0 1,5 3,0 6,0 22,5 38,0 45,0 30,0 60,0 90,0 60,0 1,5 3,0 6,0 22,5 30,0 45,0 30,0 60,0 90,0 75,0 1,5 3,0 5,5 15,0 30,0 38,0 23,0 45,0 60,0 100,0 1,5 2,5 3,2 15,0 30,0 38,0 15,0 30,0 45,0 150,0 1,5 2,5 3,2 9,0 15,0 30,0 15,0 23,0 30,0 200,0 OBSERVAÇÕES 1 – As velocidades são para pontes rolantes com cabina. 2 – Para pontes comandadas comandadas do piso, adotar velocidade máxima de 40,0m/min, tanto para o carro como para a ponte. 3 – Número de ciclos por hora: Até 18 – velocidade baixa; de 18 a 30 – velocidade média; acima de 30 – velocidade v elocidade alta. Potência de aceleração N A. A potência de aceleração nos sistemas de elevação de cargas de pontes rolantes é pequena e por isso não é considerada. Carga relativa Mr – Conforme a Tabela 3 [1] (Texto). A carga relativa é uma relação entre os momentos de funcionamento da ponte rolante com carga (Q) com os momentos de em vazio sem carga (Q). A carga relativa é calculada conforme conforme a expressão que se segue. segue. Para comparação comparação de resultados, resultados, a Tabela 3 fornece os valores usuais da carga relativa M R.

Mr =

Q M +(Q + Q M ) 20700 = = 0,51 2(Q + Q M ) 2 ⋅ 20350


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Coeficiente de carga relativa f r. O coeficiente de carga relativa é utilizado para adequar a potência nominal do motor elétrico à carga relativa de utilização da ponte rolante.

fr =

1+ 2 M

2 r

− 2M

r

=

1+ 2 . 0 ,51 2 − 2 . 0 ,51 = 0 ,71

Tabela 3 – Carga relativa M r Sistemas de aplicação Elevação de carga com gancho Elevação com caçamba Translação do carro com gancho Translação da ponte com gancho Translação do carro com caçamba Translação de pórticos

Carga relativa Mr 0,50 – 0,60 0,75 – 0,80 0,65 – 0,75 0,75 – 0,90 0,85 – 0,95 0,90 – 1,0

Potência Nominal Nn. A potencia nominal do motor elétrico é obtida multiplicando-se a potência de regime pelo coeficiente de carga relativa. Nn = fr x NR = 0,71 x 25,1 = 17,8 CV [13,4 kW] Escolha do motor em catálogo. Anexo 03. Neste exemplo será utilizado o catálogo de motores elétricos de indução trifásicos de anéis. As páginas do catálogo de interesse para este exemplo encontram-se no Anexo 03. De acordo com as tabelas do Anexo 03, supondo que o motor elétrico opere com um serviço limitado de 1/2 hora, ou com uma intermitência de 20% a 25%, para os motores elétricos de 6 pólos (60Hz), regime S4 ou S5 – 150 op/h, com um ED = 25% (Fator de Marcha), pode-se adotar um motor elétrico com potência N = 22,0 CV (16,2 kW). Portanto, o motor elétrico escolhido para este exemplo de cálculo é o motor com carcaça ABNT 180L, com um ED = 20%, uma potência nominal Nn = 22,0 CV, 60 Hz, 440 V e rotação nominal Nn = 1145,0 rpm. 2.2 Moitão (Bloco de Elevação) – Definições Gerais O moitão ou bloco de elevação é o dispositivo suspenso pelos cabos de aço que sustenta a carga. Nas pontes rolantes, o moitão ou bloco de elevação é simétrico com relação ao gancho (carga). É por isso chamado de moitão gêmeo. Neste exemplo de cálculo, o número mínimo de cabos de sustentação, chamados de ramais de cabos, é 8 (oito), conforme ilustra a Figura A01, no Anexo 02. É necessário conhecer a solicitação máxima nesses ramais de cabos. A força máxima Fc no cabo de aço é obtida conforme a relação que se segue,

Fc =

Q + Q M 20000 + 350 = = 2706 kgf ( 26 ,5 kN ) nc ⋅ ηM 8 ⋅ 0 ,94


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Onde, Q = Carga, QM = Peso do moitão, nc = número de ramais de cabos e ηM = rendimento do moitão. De acordo com a Norma DIN 15020, o diâmetro mínimo do cabo de aço é dado pela relação:

d

=k

min

Fc

Onde: dmin = mínimo diâmetro do cabo admissível [mm]. k = coeficiente fornecido pela Tabela 4. Fc= solicitação do cabo [kgf].

kg

Conforme a Tabela 4, para Grupo 1 de transmissão por cabos de aço, k = 0,30.

d min = k

F c = 0 ,3

2706 = 15 , 6 [ mm ]

Tabela 4 – Valores mínimos do coeficiente k. Grupo da transmissão Número de ciclos por hora por cabo

Valores mínimos de k

0 Até 6 0,28 (0,28 a 0,30) 1 De 6 a 18 0,30 (0,30 a 0,32) 2 De 18 a 30 0,32 (0,32 a 0,34) 3 De 30 a 60 0,35 (0,35 a 0,37) 4 Acima de 60 0,38 (0,38 a 0,40) Observação: Os valores de k foram calculados para cabos de aço com tensão de ruptura σr = 160,0 kgf/mm2 e coeficiente de segurança ν = 4,5 a 8,3. Conhecendo-se o diâmetro mínimo do cabo de aço, em função da força no cabo e do coeficiente k, a escolha do cabo de aço é feita utilizando-se catálogos de cabos de aço comerciais. Neste exemplo será usado catálogo comercial de cabos de aço, cujas páginas de informações e dimensões encontram-se no Anexo 04. Através dessas tabelas de dimensões de cabos de aço, obtém-se as seguintes informações. Classificação do cabo de aço: Tipo: Material: Diâmetro: Carga de ruptura mínima efetiva:

6 x 37 AACI. Filler 6 x 41. EIPS. dc = 5/8 “(15,8 mm). 17780,0 kgf.

A segurança do cabo, por sua vez, é fornecida pela relação entre a carga de ruptura mínima efetiva e a força no cabo de aço, que no caso, é satisfatória. υ=

F r 17780 = Fc 2706

= 6 , 57


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2.2.1 – Diâmetros das polias de cabos D p. Coeficiente para se obter o diâmetro mínimo das polias. Conforme a Tabela 5 (Texto). Os diâmetros mínimos das polias de passagem e polias compensadoras são obtidos multiplicando-se os coeficientes da Tabela 5, em função do grupo de trabalho da ponte rolante, pelo valor do diâmetro do cabo de aço. Polia (s) de Passagem. Grupo 1, Dmin = 20,0 x 15,8 = 316,0 mm. Polia (s) Compensadora (s). Grupo 1, Dmin = 14,0 x 15.8 = 221,0 mm. Dimensões adotadas para as polias de cabos. Conforme Tabela A 09 do Anexo 02. Os diâmetros mínimos de polias assim obtidos devem ser normalizados conforme consta na Tabela A-09 do Anexo 02. As demais dimensões de polias de cabos, de passagem e compensadoras, necessárias para o projeto do moitão, conforme a Figura A01, encontra-se nessa Tabela. Polias de passagem: Dp = 315,0 mm Polia (s) compensadora (s): D c = 250,0 mm 2.3 – Tambor de Elevação da Carga. Diâmetro mínimo do Tambor – Conforme Tabela 5 (Texto). O diâmetro mínimo do tambor de elevação da carga é obtido multiplicando-se os coeficientes da Tabela 5, em função do grupo de trabalho da ponte rolante, pelo valor do diâmetro do cabo de aço. Grupo 1, Dmin = 18.15,8 = 284,0 mm. Tabela 5 – Valores mínimos D/dc para tambores e polias de cabos (DIN 15020). Valores mínimos D/d Grupo de Relação para o Relação para as Relação para as Polias Trabalho Tambor Polias de Passagem Compensadoras DT /dc DP /dc Dc /dc 0 15 16 14 1 18 20 14 2 20 22 15 3 22 24 16 4 24 26 16 DT=diâmetro do tambor, d c=diâmetro do cabo, DP=diâmetro de polia de passagem, DP=diâmetro de polia compensadora. Diâmetro adotado para o tambor de elevação da carga. Conforme Tabela A 10 do Anexo 02. O diâmetro do tambor também deve ser normalizado. Os diâmetros normalizados de tambores recomendados [1] são: 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800...[mm] e conforme a Tabela A-10 do Anexo 02. A Figura A-03 ilustra as dimensões das ranhuras helicoidais dos tambores para enrolamento de cabos de aço. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

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Diâmetro adotado para o tambor de enrolamento do cabo: D T = 400,0 mm 2.4 – Rendimento do Sistema de Elevação da Carga Inicialmente foi adotado um rendimento para o redutor do sistema de elevação de carga. O rendimento total do sistema pode ser agora recalculado, em função do rendimento correto do redutor. Para isso é preciso primeiramente conhecer a rotação do tambor da elevação, como se segue.

nT =

k ⋅ v E 4 ⋅ 4,5 = = 14 ,3 rpm , π ⋅ D T π ⋅ 0 ,4

Onde... k =

nc 2

Redução total do sistema. Rotação nominal do motor, n n = 1150 rpm. Reduções parciais do redutor. Conforme série R-40 dos números normalizados.

it =

n n 1150 , 0 = = 80 , 4 nT 14 , 3

It ≅ 4,0 x 4,25 x 4,75 = 80,75. Portanto, o redutor do sistema de elevação de carga pode ter 3 pares de engrenagens. Adota-se para as engrenagens de dentes retos, um rendimento ηE = 0,97. O rendimento de cada par de mancais de rolamentos dos eixos das engrenagens é ηm = 0,985. O redutor do exemplo tem 3 pares de engrenagens e 4 pares de mancais de rolamentos. Portanto, o rendimento corrigido do redutor fica: ηR

= ηE 3 x η4m = 0,973 x 0,9854 = 0,86.

E o rendimento total corrigido do sistema de elevação resulta: ηTot = 0,94 x 0,96 x 0,86 = 0,78.

A potência do motor elétrico do sistema de elevação de carga da ponte rolante pode ser então corrigido.E a potência nominal desse motor pode ser recalculada. N R = 25 ,1×

0,81 = 26 ,0 CV (19 ,5kW ) 0,78

Nn = 0,71 x 26,0 = 18,5 CV (13,9 kW). Portanto, o motor adotado anteriormente está correto. Observação: O dimensionamento do motor elétrico deve ser feito para os dois sistemas de elevação, o Principal e o Auxiliar.


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2.5 Freio do Sistema de Elevação da Carga (Freio de Descida) Escolha do freio e eletromagneto – Conforme Tabelas A 11 e A 12 do Anexo 05. As Tabelas A-11 e A-12 do Anexo 05 fornecem informações para o cálculo preliminar e escolha de freios para pontes rolantes relativamente aos diâmetros de polias de freios, momentos de frenagem e eletromagnetos, relacionados com a potência nominal dos motores elétricos. As dimensões aproximadas dos freios eletromagnéticos de sapatas, monofásicos e trifásicos, para sistemas de elevação e movimentação de cargas, encontram-se no Anexo 05, na Tabela A-13. Para uma potência do motor, N = 22,0 CV, escolhe-se um freio do tipo FE25 e um eletromagneto tipo 42 MA. 2.6 – Acoplamentos Acoplamentos Elásticos – Conforme as Tabelas A-14 e A-15 do Anexo 06. O motor elétrico aciona o redutor de engrenagens através de um acoplamento elástico. Os tipos e dimensões de acoplamentos elásticos podem ser obtidos de catálogos de fabricantes. Para esse exemplo, as Tabelas A-14 e A-15 do Anexo 06 fornecem as dimensões de um tipo de acoplamento elástico que pode ser utilizado na aplicação. Os acoplamentos do tipo AE fazem a transmissão da potência do motor para o redutor, sem o freio (Tabela A-14); os do tipo FF fazem esta mesma transmissão tendo o freio entre o motor e o redutor (Tabela A-15), ou seja, as dimensões A e C são respectivamente o diâmetro e a largura da polia do freio. A escolha do acoplamento elástico é feita em função da potência nominal a ser transmitida pelo motor elétrico, a qual é transformada em momento nominal de torção no eixo do motor ou eixo de entrada do redutor. A relação que fornece o momento nominal do motor é: Nn 22 M m = 71620 = 71620 = 1370 [ kgf .cm ] nn 1150 Preliminarmente, da Tabela A-14, adota-se o acoplamento elástico AE 0. Caso o freio seja montado entre o motor e o redutor, da Tabela A-15, adota-se o acoplamento elástico FF 20. 3 – SISTEMA DE TRANSLAÇÃO DO CARRO O sistema de translação de carros de pontes rolantes é composto principalmente dos seguintes elementos: motor elétrico de indução, acoplamento elástico, freio, redutor de engrenagens, eixos de transmissão e rodas, conforme a Figura 1. O cálculo tem normalmente a seguinte seqüência: a definição e escolha das rodas, o dimensionamento prévio do redutor de engrenagens, o cálculo e escolha do motor em catálogos, a definição do freio, finalizando com o dimensionamento dos eixos de transmissão e os acoplamentos. 3.1 – Rodas do Carro Diâmetro das rodas do carro – Conforme a Tabela A-16 do Anexo 07. Como mencionado, o sistema de translação de carros de pontes rolantes inicia com a escolha do diâmetro e número de rodas, em função da carga, de acordo com a Tabela A-16. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

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Da Tabela A-16, para uma carga de 20,0 t, adota-se uma roda de 300,0 mm, que necessita de um trilho de perfil quadrado ou um trilho de estrada de ferro (Vignole). Portanto, para uma carga Q = 20,0 t, D R = 300,0 mm. Para se conhecer a quantidade ou número de rodas do carro utiliza-se a Tabela A17 do Anexo 07, que fornece a quantidade e diâmetro de rodas para pontes rolantes. Os carros de pontes rolantes podem ter a mesma configuração estrutural das pontes, o que justifica o uso desta tabela para se obter preliminarmente a quantidade de rodas do carro. Portanto, da Tabela A-17, para um carro para 20,0 t, com uma distância entre rodas (vão) menor do que 6,0 a 8,0m, a quantidade corresponde a 4 rodas.

Figura 1 – Esquema do sistema de translação do carro. Dimensões das rodas de carros e pontes rolantes. Conforme as Tabelas A-18, A-19 e A-20, do Anexo 7. Existem dois tipos de rodas de pontes rolantes e carros, com eixo fixo e com eixo móvel. As rodas com eixo fixo permitem que uma das reduções de velocidade do sistema de translação seja junto à roda. Portanto esse tipo de roda possui uma engrenagem nela flangeada. A roda com eixo móvel é acionada diretamente pelo eixo de saída do redutor através de acoplamento rígido ou de engrenagens. Velocidade do carro – Conforme a Tabela 2 (Texto). A velocidade do carro é adotada, como foi feito para a velocidade de elevação da carga, de acordo com a Tabela 2. Segundo aquela Tabela, para uma velocidade baixa, e uma carga Q=20,0 t, Vc = 38,0 m/min. Trilhos para o caminho de rolamento do carro. Conforme a Tabela A-22 do Anexo 7. Normalmente, para os carros preferem-se trilhos com perfil quadrado devido a sua altura ser menor do que os trilhos de estrada de ferro. O trilho para o caminho de rolamento do carro adotado da Tabela A-22, para rodas de 300 mm, pode ser com perfil quadrado de 50,8mm (ABNT 1040, DB=150) ou trilhos Vignole TR 25 (Perfil Estrada de Ferro), com DB=210. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

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Verificação das rodas do carro. A verificação das rodas de carros de pontes rolantes é feita utilizando-se o nomograma da Figura A 07 do Anexo 07. A carga admissível na roda, segundo a Figura A 07, pode ser calculada como se segue. P = k x b x DR, onde o diâmetro da roda D R = 300,0mm. O coeficiente de carga k da roda é obtido do nomograma da figura A 07 em função da velocidade tangencial da roda (velocidade de translação do carro) e do material da roda. A velocidade de translação do carro é V c = 38,0 m/min = 0, 63,0 m/s. Adotando-se uma roda de aço forjado ABNT 1060, com dureza Brinell 210 (Tabela A 23 do Anexo 07), obtém-se do nomograma k R = 98,0 kgf/cm2 para a roda do carro. O trilho, conforme já adotado, é um perfil quadrado de 50,8mm (duas polegadas), de ABNT 1040, com dureza DB=150 (Tabela A 23 do Anexo 07). Assim, do nomograma, para uma velocidade de 0,2 m/s (trilho) obtém-se um coeficiente de carga kT = 72,0 kgf/cm2. Como o Grupo de Trabalho da ponte/carro corresponde a um serviço leve, esses valores do coeficiente de carga não precisam ser corrigidos. Sendo a dureza do trilho inferior à da roda, adota-se o menor dos valores, ou seja, kT = 72,0 kgf/cm2. Segundo a Figura A 06 e Tabela a 22, o perfil quadrado tem uma largura útil (contato da roda/trilho) b = 35,0 mm. Portanto, a carga admissível para a roda resulta; P = 72,0 x 3,5 x 30,0 = 7560,0 kgf. Esse valor deve ser comparado com as características das rodas tabeladas. Verificação da carga nas rodas do carro – Conforme a Tabela A-24 do Anexo 7 . A carga nas rodas do carro é dada pela expressão que se segue, onde W c é o Peso aproximado do carro [t].

Pc =

W c + Q + Q M 25350 ,0 = = 6337 ,0 kgf ( 62 kN ) 4 4

Esse resultado satisfaz o valor anteriormente obtido para a carga na roda. A verificação final das rodas e trilhos adotados é feita com o auxílio da Tabela A24. Nessa Tabela, para o Grupo 1 de trabalho, e rodas com diâmetro D R = 300,0mm, e trilho TR-25, tem-se uma carga admissível para rodas, P adm = 9,5 t = 9500,0 kgf (93,0 kN), que satisfaz os cálculos de carga nas rodas do carro efetuados. Da Tabela 22, para uma roda do carro com diâmetro D R = 300,0 mm, será adotado neste exemplo de cálculo, um perfil quadrado de 50,8 mm (2 polegadas). As demais Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

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dimensões dos trilhos para carros e pontes rolantes encontram-se Tabela A-22, do Anexo 7. Os materiais usados nos trilhos para pontes rolantes e carros encontram-se na Tabela A 23 do Anexo 07. 3.2 – Redutor da translação do carro Para definir o redutor de engrenagens para o sistema de translação do carro, é necessário conhecer a rotação da roda do carro e a redução do redutor. Rotação da roda. A rotação da roda é obtida através da relação entre a velocidade de translação do carro e o diâmetro da roda, como se segue.

nc =

vc 38 ,0 = = 40 ,3 rpm π ⋅ D r π ⋅ 0 ,3

Redução necessária. A redução necessária para o sistema de translação do carro leva em consideração as rotações de entrada (motor) e saída (rodas) do sistema, como se segue.

ic =

n m 1150 = = 28 , 5 nc 40 , 3

Esse valor representa a redução total das rotações do sistema. Para se obter a redução parcial do redutor, utiliza-se a série R-40 de números normalizados, tendo em consideração que a maior redução recomendada para um par de engrenagens de dentes retos é 6,0. Portanto, a redução necessária para o sistema de translação do carro fica. Ic = 4,75 x 6,0 = 28,5 Ou seja, 2 pares de engrenagens. Portanto, o redutor de engrenagens possui 2 pares de engrenagens de dentes retos (normalmente) e 3 pares de mancais de rolamento, cujos rendimentos parciais são ηe = 0,97 e ηm = 0,985, respectivamente. Rendimento do redutor. O rendimento ηR do redutor é obtido multiplicando-se os rendimentos parciais de todos os pares de engrenagens e de todos os pares de mancais, como se segue. ηR

= ηE 2 x η3m = 0,972 x 0,9853 = 0,90.

3.3 – Motor da Translação do Carro Potência de regime. A potência de regime (velocidade constante) do motor de translação do carro é obtida através da expressão que se segue.

NR=

(W c + Q + Q m )ω t ⋅ v 60 ⋅ 75 ⋅η c

c

[ CV ]

Onde: (Wc + Q + QM) = carga sobre as rodas do carro, Vc = velocidade do carro, Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

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ηc = rendimento do sistema, ωt = coeficiente de resistência ao rolamento das rodas do carro.

Coeficiente de resistência ao deslocamento ωt. Conforme a Tabela A-21, no Anexo 7. O coeficiente de resistência ao rolamento das rodas depende do diâmetro da roda e dos mancais da roda, os quais podem ser de rolamento ou de deslizamento. A Tabela A-21 fornece o coeficiente de resistência ao rolamento de rodas, em função das suas características. Da Tabela A-21, do Anexo 7, para uma roda flangeada com diâmetro D R = 300,0 mm, e mancais de rolamento, ωt = 9,0 x 10 –3.

A potência de regime do sistema de translação do carro pode então ser calculada. NR=

(W

c

+ Q + Q m )ω t ⋅ v 60 ⋅ 75 ⋅ η c

c

=

25350 .9 , 0 ⋅10 3 .38 = 2 ,16 CV 60 ⋅ 75 ⋅ 0 , 89

Potência de aceleração. A potência de aceleração do motor de translação do carro é obtida através da

N

A

( W c + Q + Q M ) v c2 ⋅ β = 3600 ⋅ 75 ⋅ g ⋅ t a ⋅ η c

expressão que se segue. Onde: (Wc + Q + QM) = carga sobre as rodas do carro, Vc = velocidade do carro, ηc = rendimento do sistema de translação do carro, β = coeficiente que leva em consideração as massas em rotação do sistema, g = aceleração da gravidade, ta = tempo de aceleração. A potência de aceleração leva em consideração as massas em translação e as massas em rotação. Para as massas em rotação, simplifica-se o cálculo usando um coeficiente β que engloba todas a massas em rotação do sistema. Esse coeficiente varia conforme as condições existentes e pode ser estimado entre β = 1,1 a 1,2. O tempo de aceleração [1] para movimentos horizontais pode ser obtido da Tabela 6 (Texto), em função da velocidade do carro. Tabela 6 – Tempo de aceleração para translação de pontes rolantes e carros. Velocidade [m/min] 30,0 60,0 90,0 120,0 150,0 180,0 ta [s] 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 A potência de aceleração do sistema de translação do carro pode então ser calculada. N

A

=

( W c + Q + Q M ) v c2 × β 25350 × 38 2 × 1,1 = = 3 ,11 CV 3600 × 75 × g × ta × η c 3600 × 75 × 9 , 81 × 5 , 5 × 0 , 89


14

Potência nominal do motor elétrico. No movimento de translação, o conjugado de partida não é constante. Considerase um valor médio entre 1,7 a 2,0 vezes [1] o conjugado normal. Como a potência é proporcional ao conjugado pode-se calcular a potência nominal do motor elétrico com se segue. N n=

N

+N 1, 7

A

R

N

a

+N 2 ,0

A

R

Escolha do motor em catálogo. Neste exemplo será utilizado o catálogo de motores elétricos de indução trifásicos. As páginas do catálogo de interesse para este exemplo encontram-se no Anexo 3. Supondo que o motor elétrico opere com um serviço limitado de 1/2 hora, ou com

Nn=

2 ,16 + 3 ,11 = 3 ,10 CV 1, 7

uma intermitência de 20% a 25%, nessas tabelas, para os motores elétricos de 6 pólos (60Hz), regime S4 ou S5 – 150 op/h, com um ED = 25% (Fator de Marcha), pode-se adotar um motor elétrico com potência N = 5,0 CV (3,7 kW). Portanto, o motor elétrico escolhido é um motor com carcaça ABNT 132M, com um ED de 20%, uma potência nominal Nn = 5,0 CV, 60 Hz, 440 V e rotação nominal N n = 1145,0 rpm. 3.4 – Freio da Translação do Carro Escolha do freio e eletromagneto. Conforme as Tabelas A-11, A-12 e A-13, do Anexo 5. De acordo com essas tabelas, para uma potência do motor, N = 5,0 CV, escolhese um freio do tipo FT16 e um eletromagneto tipo 22 MA. 3.5 – Mecanismo de Translação do Carro (Eixos de Transmissão). Momento de torção na saída do redutor. Como a rotação de saída do redutor que aciona as rodas do carro é a mesma rotação da roda, como pode ser visto na Figura 1 (Texto) o momento de torção na saída do redutor é obtido em função da potência nominal do motor e da rotação da roda como se segue. M Re d = 71620

N c nc

η R

= 71620

3, 2 40 ,3

0,90 = 5118,0 kgf .cm

Momento de torção para a roda. O momento de torção para cada roda é calculado como se segue [1]. M Roda =

M Re d 2

=

5118 , 0 2

= 2559 , 0 kgf .cm


15

Eixos da transmissão O diâmetro do eixo da transmissão entre o redutor e as rodas é calculado pela

d = 0 , 61 4 M

Roda

= 0 , 61 4 2559 = 4 ,34 cm

seguinte expressão [1]. No caso, adota-se rodas com diâmetro d = 50,0 mm. Tensão de cisalhamento. O material adotado para o eixo pode ser o ABNT 1020, com τadm ≅ 365 kgf/cm2. A tensão de cisalhamento no eixo da transmissão é calculada como se segue. τ =

M Roda W t

2559

=

π

×5

3

= 105 , 0 kgf / cm 2

16

3.5.2 – Acoplamentos entre motor-redutor e redutor-rodas. Acoplamentos elásticos – Tabela A-14, no Anexo 7. Acoplamentos rígidos – Tabela A-15, no Anexo 7. O acoplamento elástico, entre o motor e o redutor, é escolhido em função do momento de torção do motor elétrico. Os acoplamentos rígidos, entre o redutor e as rodas, são também assim adotados. Essa escolha é feita em função da potência nominal a ser transmitida pelo motor elétrico, a qual é transformada em momento nominal de torção no eixo do motor ou eixo de entrada do redutor. A relação que fornece o momento nominal do motor elétrico do motor do carro é a seguinte: M

m

= 71620

N n

n = 71620

n

5 1150

= 311 , 0 [ kgf .cm ]

As informações sobre os acoplamentos encontram-se no Anexo 7, adota-se o acoplamento elástico AE 0 e da Tabela A-14 e o acoplamento rígido AF 40, da Tabela A15. 4 – SISTEMA DE TRANSLAÇÃO DA PONTE O sistema de translação de pontes rolantes é composto principalmente dos seguintes elementos: motor elétrico de indução, acoplamento elástico, freio(s), redutor de engrenagens, eixos de transmissão e rodas, conforme ilustra a Figura 1. O cálculo tem normalmente a seguinte seqüência: a definição e escolha das rodas, o dimensionamento prévio do redutor de engrenagens, o cálculo e escolha do motor em catálogos, a definição do freio (s), finalizando com o dimensionamento dos eixos de transmissão e os acoplamentos.


16

4.1 – Rodas da Ponte Diâmetro das rodas da ponte – Conforme a Tabela A-16, no Anexo 7. O sistema de translação de pontes rolantes, como o dos carros, inicia com a escolha do diâmetro e número de rodas, em função da carga, de acordo com a Tabela A16. Da Tabela A-16, para uma carga de 20 t, adota-se uma roda de 600,0 mm, que necessita de um trilho de estrada de ferro tipo Vignole, TR 37. Portanto, para uma carga Q = 20,0 t, D R = 600,0 mm. Para se conhecer a quantidade ou número de rodas do carro utiliza-se a Tabela 17 que fornece a quantidade e diâmetro de rodas para pontes rolantes. Portanto, da Tabela 17, para uma ponte rolante de 20,0 t, com um vão de 20,0m, a quantidade corresponde a 4 rodas. A roda a ser adotada pode ser com eixo fixo ou eixo móvel, dependendo das definições e dados do projeto da ponte rolante. Ambos os tipos se aplicam para o sistema de translação de pontes rolantes. No caso de translação de pontes rolantes, pelo menos duas rodas, uma em cada lado da ponte deve ser cônica. As Tabelas A-18, A-19 e A-20 do Anexo 7 fornecem as dimensões aproximadas de todos os tipos de rodas para o projeto.

Figura 1 – Mecanismo de translação de pontes rolantes. Velocidade da ponte rolante – Conforme a Tabela 2. A velocidade da ponte rolante é adotada, como foi feito para a velocidade de elevação da carga e a velocidade de translação do carro, de acordo com a Tabela 2. Segundo a Tabela 2, para uma velocidade baixa, e uma carga Q=20,0 t, Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

17

Vp = 60,0 m/min. Caminho de rolamento da ponte rolante. Conforme a Tabela A-16, no Anexo 7. Os caminhos de rolamento de pontes rolantes utilizam os trilhos de estrada de ferro. Da Tabela A-12, para uma roda do carro com diâmetro D R = 600,0 mm, será adotado neste exemplo de cálculo, o perfil Vignole TR 37. As demais dimensões do trilho TR 37 encontram-se na Tabela A 17. Coeficiente de resistência ao deslocamento ωt - Conforme a Tabela A-21. O coeficiente de resistência ao rolamento das rodas depende do diâmetro da roda e dos mancais da roda, os quais podem ser de rolamento ou de deslizamento. A Tabela A-21 fornece o coeficiente de resistência ao rolamento de rodas, em função das suas características. Da Tabela A-21, para uma roda flangeada com diâmetro D R = 600,0 mm, e mancais de rolamento, ωt = 7,0 x 10 –3.

Reação nas rodas da ponte rolante. O cálculo da reação máxima nas rodas da ponte rolante é feito considerando máxima reação por roda, segundo o esquema da Figura 3.

Figura 3 – Disposição do carro para calcular a reação máxima nas rodas da ponte rolante. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

18

Na Figura 3, a distância “e” é a máxima distância de aproximação da resultante das cargas no carro, relativamente às rodas da ponte rolante. No cálculo, considera-se o número de rodas de cada lado da ponte somente. A reação máxima por roda é fornecida pela expressão que se segue, onde e=1,5 m, e (*) significa o número de rodas de um lado da ponte rolante, onde: Wp = peso aproximado da ponte rolante, [t], Wc = peso aproximado do carro, [t], L = vão da ponte rolante [m], e = máxima distância de aproximação do carro às rodas da ponte rolante [m].

R

máx

=

W

p

4

+

W

+ Q + Q

c

2

M

(*)

×

L −

e

L

(*) Número de rodas de cada lado da ponte rolante. A reação máxima por roda da ponte fica: 28000 , 0 25350 , 0 20 , 0 − 1,5 R máx = W + × = 18724 , 0 kgf W c + 2Q M e 20 p 4 R mín = + × (*)

4

2

L

Analogamente, calcula-se a reação mínima por roda. A reação mínima por roda da ponte resulta: R

min

=

28000 4

,0

+

5350

,0 × 1,5

2 × 20

= 7200

, 0 kgf

Como o carro percorre todo o caminho de rolamento na ponte, ora pode estar com a carga máxima em um ou outro lado da ponte rolante. Assim, torna-se necessário calcular uma reação média por roda da ponte rolante. R médio =

R mín + 2 × R máx 7200 + 2 × 18724 = 3 3

= 14883 kgf

Verificação das rodas da ponte rolante. A verificação das rodas de pontes rolantes e de carros é feita utilizando-se o nomograma da Figura A 07 do Anexo 07. A carga admissível na roda da ponte, segundo a Figura A 07, pode ser calculada como se segue. P = k x b x DR, onde o diâmetro da roda D R = 600,0mm. O coeficiente de carga k da roda é obtido do nomograma da figura A 07 em função da velocidade tangencial da roda (velocidade de translação do carro) e do material da roda. A velocidade de translação da ponte rolante é V P = 60,0 m/min = 1,0 m/s. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

19

Adotando-se uma roda de aço forjado ABNT 1060, com dureza Brinell 210 (Tabela A23 do Anexo 07), obtém-se do nomograma k R = 92,0 kgf/cm2 para a roda da ponte. O trilho, conforme já adotado, é um perfil de estrada de ferro (Vignole) TR 37, com dureza DB=210 (Tabela A 23 do Anexo 07). Como a dureza do trilho é igual à dureza da roda, não há necessidade de determinar o coeficiente de carga do trilho . Como o Grupo de Trabalho da ponte corresponde a um serviço leve, esses valores do coeficiente de carga não precisam ser corrigidos. Adota-se o valor kR = 92,0 kgf/cm2. Segundo a Figura A 06 e Tabela a 22, o perfil TR 37 tem uma largura útil (contato da roda/trilho) b = 47,0 mm. Portanto, a carga admissível para a roda resulta; P = 92,0 x 4,7 x 60,0 = 25944,0 kgf. Portanto, a roda de 600,0mm satisfaz as necessidades de carregamento da ponte rolante, quando esse valor obtido é comparado com a reação máxima na roda, já calculada. Verificação da carga nas rodas da ponte rolante. Conforme a Tabela 24, no Anexo 7. Como verificação final da solicitação roda/trilho da ponte rolante, utiliza-se a Tabela 24. Nessa Tabela, para o Grupo 1 de trabalho, e rodas com diâmetro D R = 600,0 mm e trilho TR-37, é possível ter-se uma carga admissível para rodas, P adm = 22000,0 kgf (215,0 kN). 4.2 – Redutor da Translação da Ponte Rolante Para definir o redutor de engrenagens para o sistema de translação da ponte rolante é necessário conhecer a rotação da roda da ponte e a redução do redutor. Rotação da roda. A rotação da roda da ponte rolante é obtida através da relação entre a velocidade de translação da ponte e o diâmetro da roda, como se segue: np =

vp 60 = = 31 ,83 rpm π ×D R π × 0 , 60

Redução necessária. A redução necessária para o sistema de translação da ponte rolante leva-se em consideração as rotações de entrada (motor) e saída (rodas) do sistema. ip =

n m 1150 = = 36 ,2 n p 30 ,32


20

Esse valor representa a redução total das rotações do sistema. Para se obter a redução parcial do redutor, utiliza-se a série R-40 de números normalizados, tendo em consideração que a maior redução recomendada para um par de engrenagens de dentes retos é 6,0. Portanto, a redução necessária para o sistema de translação da ponte fica. ip = 2,5 x 3,0 x 5,0 ≅ 36,2 Ou seja, 3 pares de engrenagens. Portanto, o redutor de engrenagens da ponte rolante possui 3 pares de engrenagens de dentes retos (normalmente) e 4 pares de mancais de rolamento, cujos rendimentos parciais são ηe = 0,97 e ηm = 0,985, respectivamente. Rendimento do redutor. O rendimento ηR do redutor é obtido multiplicando-se os rendimentos parciais de todos os pares de engrenagens e de todos os pares de mancais, como se segue. ηR

= η E3 × η m4 = 0 ,97 3 × 0 ,985

4

= 0 ,86

Rendimento do sistema (incluindo os mancais das rodas). Cada roda possui um par de mancais que devem ser considerados. Assim, é usual acrescentar pelo menos um rendimento de par de mancais para definir o rendimento total do sistema de translação da ponte rolante. ηp =ηR

× η m = 0 ,96 × 0 ,985 = 0 ,85

4.3 – Motor da Translação da Ponte Potência de regime. A potência de regime (velocidade constante) do motor de translação da ponte rolante é obtida através da expressão que se segue. Onde: (Wp +Wc + Q + QM) = carga sobre as rodas da ponte rolante, vp = velocidade da ponte, ηp = rendimento do sistema, ωt = coeficiente de resistência ao rolamento das rodas da ponte rolante. 3

NR

( W p + W c + Q + Q M ) ω t × v p 53350 × 7 , 0 x 10 × 60 = = = 5 , 86 CV 60 × 75 × η p 60 × 75 × 0 ,85

Potência de aceleração. A potência de aceleração leva em consideração as massas em translação e as massas em rotação. Para as massas em rotação, simplifica-se o cálculo um coeficiente β que engloba todas a massas em rotação do sistema. Esse coeficiente varia conforme as condições existentes e pode ser estimado entre β = 1,1 a 1,2. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

21

O tempo de aceleração para movimentos horizontais pode ser estimado conforme a Tabela 6 (Texto), em função da velocidade da ponte. A potência de aceleração do motor de translação da ponte rolante é obtida através da expressão que se segue. ( W c + W c + Q + Q M ) v p2 × β 53350 × 60 2 × 1,1 NA= = = 15 , 64 CV 3600 × 75 × g × t a × η p 3600 × 75 × 9 , 81 × 6 × 0 , 85

Onde: (Wc + Q + QM) = carga sobre as rodas do carro. Vc = velocidade do carro. ηc = rendimento do sistema de translação do carro. β = coeficiente que leva em consideração as massas em rotação do sistema. g = aceleração da gravidade. ta = tempo de aceleração. Potência nominal do motor elétrico. No movimento de translação, o conjugado de partida não é constante. Considerase um valor médio entre 1,7 a 2,0 vezes [1] o conjugado normal. Como a potência é proporcional ao conjugado pode-se calcular a potência nominal do motor elétrico com se segue. N n=

Nn=

N

+N 1, 7

A

R

a

N

+N 2 ,0

A

R

5 , 86 + 15 , 64 = 12 , 65 CV 1, 7

Escolha do motor em catálogo. Neste exemplo será utilizado o catálogo de motores elétricos de indução trifásicos da WEG. As páginas do catálogo de interesse para este exemplo encontram-se no Anexo 3. Supondo que o motor elétrico opere com um serviço limitado de 1/2 hora, ou com uma intermitência de 20% a 25%, nessas tabelas, para os motores elétricos de 6 pólos (60Hz), regime S4 ou S5 – 150 op/h, com um ED = 25% (Fator de Marcha), pode-se adotar um motor elétrico com potência N = 14,0 CV (10,3 kW). Portanto, o motor elétrico escolhido é um motor com carcaça ABNT 160L, com um ED de 25%, uma potência nominal N n = 14,0 CV, 60 Hz, 440 V e rotação nominal Nn = 1145,0 rpm. 4.4 – Freio da Translação da Ponte Escolha do freio e eletromagneto. Conforme as Tabelas A-11, A-12 e A-13 do Anexo 5. Para uma potência do motor, N = 14,0 CV, escolhe-se um freio do tipo FT20 e um eletromagneto tipo 41 MA. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

22

4.5 – Mecanismo de Translação da Ponte Momento de torção na saída do redutor. Como a rotação de saída do redutor que aciona as rodas do carro é a mesma rotação da roda, o momento de torção na saída do redutor é obtido em função da Np η = 71620 np R

M t = 71620

14 .0 ,86 = 27091 31 , 83

kgf .cm

potência nominal do motor e da rotação da roda como se segue. Momento de torção para a roda. O momento de torção para cada roda é calculado como se segue [1].

27091 = 13546 kgf . cm 2 Eixos da transmissão O diâmetro do eixo da transmissão entre o redutor e as rodas é calculado pela seguinte expressão [1]. M

tR

=

d ≅ 0 , 61

4

M

tR

=

0 , 61

4

13546

=

6 , 6 cm

Nesta expressão considera-se um giro por torção = 0,5 o /m. Adota-se para o eixo de transmissão, um diâmetro d = 70,0 mm. Tensão de cisalhamento. O material a ser adotado para o eixo pode ser o ABNT 1020, com τadm ≅ 365 kgf/cm2. A tensão de cisalhamento no eixo da transmissão é calculada como se segue. τ =

M t R W t

=

13546 π

×7

3

= 201 kgf / cm

2

16

Espaçamento máximo entre mancais do eixo de transmissão. O espaçamento entre os mancais do eixo de transmissão é dado pela seguinte relação [1].

= 125 d = 125 7 = 330 ,0 cm Acoplamentos do sistema de translação da ponte rolante – Anexo 6. Acoplamento elástico – Tabela A-14. Acoplamentos rígidos – Tabela A-15. O acoplamento elástico é escolhido em função do momento de torção do motor elétrico. Os acoplamentos rígidos são também assim adotados. Essa escolha é feita em função da potência nominal a ser transmitida pelo motor elétrico, a qual é transformada em momento nominal de torção no eixo do motor ou eixo de entrada do redutor. A relação que fornece o momento nominal do motor elétrico do motor do carro é a seguinte: l


23

M

m

= 71620

N n

n = 71620

n

14 1150

= 873 , 0 [ kgf .cm ]

Da Tabela A-14, adota-se o acoplamento elástico AE 1 e da Tabela A-15, o acoplamento rígido FF 20.

BIBLIOGRAFIA [1] AISE nº 6/69, Specification for Eletric Overhead Traveling Cranes for Steel Mill Service , Association of Iron and Steel Engineers, Pittsburg, 1969. [2] CMAA 70/83, Specification for Eletric Overhead Traveling Cranes , Association of Iron and Steel Engineers, Pittsburg, 1983. [3] COLLINS J. A. Projeto Mecânico de Elementos de Máquinas – Uma perspectiva de prevenção da falha. LTC – Livros Técnicos e Científicos. Rio de Janeiro. 4 ed. 740p. 2008. [4] ERNST, H. Aparatos de Elevacion y Transporte – Princípios y elementos construtivos. v. 1. Editorial Blume. Barcelona. 339p. 1970. [5] JUNINALL, R. C., MARSHEK, K. M. Fundamentos do Projeto de Componentes de Máquinas. LTC – Livros Técnicos e Científicos. Rio de Janeiro. 4 ed. 2008. [6] NBR 7094, Motores Elétricos de Indução - Especificação , ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, São Paulo, 1996. XCII [7] NBR 8400, Cálculo de Equipamentos para Levantamento e Movimentação de Cargas , ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, São Paulo, 1984. [8] NORTON, R. L. Projeto de Máquinas. Artmed. Porto Alegre. 2 ed. 931p. 2000. [9] PAHL, G. et al. Projeto na Engenharia – Fundamentos do desenvolvimento eficaz de produtos. Edgard Blucher. São Paulo. 411p. 2005. [10] PURQUERIO, B. de M. Máquinas de Elevação e Transporte – ABC de pontes rolantes. (Apostila). EESC-USP. São Carlos. 14p. 2007. [11] PURQUERIO, B. de M. Máquinas de Elevação e Transporte – Cabos de aço e correntes. (Apostila). EESC-USP. São Carlos. 55p. 2006. [12] PURQUERIO, B. de M. Máquinas de Elevação e Transporte – dimensionamento de uma ponte rolante. (Apostila). EESC-USP. São Carlos. 82p. 2007. [13] PURQUERIO, B. de M. Máquinas de Elevação e Transporte – Dimensionamento de um moitão. (Apostila). EESC-USP. São Carlos. 53p. 2007. [14] PURQUERIO, B. de M. Motores Elétricos (Apostila). EESC-USP. São Carlos. 55p. 2007. [15] RUDENKO, N. Materials Handling Equipment. Peace Publishers. Moscow. 335p. [16] SPIVAKOVSKY, A., DYACHKOV, V. Conveyors and Related Equipment. Peace Publishers. Moscow. 439p.


24

ANEXO 01 Classificação de pontes rolantes.

Tabela A 01 – Classificação dos aparelhos para elevação e transporte de cargas segundo a norma DIN 15020. Pontes Rolantes e Guindastes Descrição Movimento Grupo 01 Pontes manuais e Guinchos Elevação 0 02 Pontes de casa de máquinas Elevação 0 03 Pontes para locomotivas Elevação 1a2 a 04 Pontes de pequena capacidade para oficinas e Elevação 1a2 a pátios 05 Pontes de grande capacidade para oficinas e Elevação 1b pátios 06 Pontes de montagem Elevação 1 07 Pontes de fundição Elevação 1 a 2c 08 Pontes de rebitagem Elevação 1a2 09 Guindastes de estaleiros Elevação 1a2 a 10 Guindastes pesados e flutuantes Mov. Da lança 0 Elevação 1 a 2 (d) 11 Guindastes giratórios em pórticos e flutuantes Mov. Da lança 0 a) Com carga no gancho Elevação 1 a 2 (a) b) Com caçamba ou eletroímã Elevação 2 a 3 (e) 12 Pontes para pedreiras Elevação 2 13 Pórticos de carregamento, monovias. Mov. da lança 0 a) com carga no gancho Elevação 1a2 b) com carga em caçamba Elevação 3 14 Pontes basculadoras de vagões Elevação 3 15 Guindaste de torre para construções Elevação 1 Pontes Especiais para Usinas Siderúrgicas Descrição Movimento Grupo 16 Pontes para montagem de laminadores Elevação 1a2 17 Pontes de alimentação de altos fornos Elevação 4 18 Pontes para transporte de laminados Elevação 3a4 19 Pontes para fundir e carregar cadinhos Elevação 4 Pontes Siderúrgicas Especiais Movimento Grupo 20 Pontes para transporte de lingotes e lingoteiras Elevação 4 21 Pontes para transporte de lingotes quentes Elevação 4 22 Pontes para desmoldar lingotes Elevação 4 23 Pontes para bate estacas Elevação 2a4 (a) Grupo 2 quando trabalha a plena carga (b) Grupo 1 a 2 para guinchos auxiliares (c) Grupo 3 a 4 para pontes com cadinho (d) Grupo 2 a 3 em caso de riscos elevados (e) Grupo 3 para caçambas


25

ANEXO 02 Informações sobre moitões (blocos de elevação), polias e tambores.

Figura A 01 – Sistemas (gêmeos) de elevação de carga de pontes rolantes. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

26

Tabela A 02 - Rendimento de cabeamentos simples para a subida de cargas. Nos cabeamentos desta tabela considera-se a metade do número de cabos sob solicitação. No caso dos moitões, considera-se a metade do número de cabos de sustentação.

Número de Cabos de Sustentação 2 Cabo saindo da polia móvel n+1

ηp

1 ηp - ηp = × n 1 - ηp

2

3

4

5

6

7

8

Mancais de deslizamento ηp = 0,96

0,98 0,96 0,94 0,92 0,91 0,89 0,87

Mancais de rolamento ηp = 0,98

0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93


0,94 0,92 0,94 0,90 0,89 0,87 0,84


0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91

Cabo saindo da polia fixa

1 η p η np+1 ηp = × n 1 ηp

Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. P urquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

27

Tabela A 03 - Coeficiente de retenção de cabeamentos simples para a descida de cargas. Nos cabeamentos desta tabela considera-se a metade do número de cabos sob solicitação. No caso dos moitões, considera-se a metade do número de cabos de sustentação.

Número de Cabos de Sustentação 2 Cabo saindo da polia móvel ηp - - ηp n 1

r=

n

1 - ηnp

2

3

4

5

6

7

8


0,49 0,32 0,24 0,18 0,15 0,13 0,11


0,50 0,33 0,24 0,19 0,16 0,13 0,12


0,47 0,31 0,23 0,18 0,15 0,12 0,10


0,49 0,32 0,24 0,19 0,16 0,13 0,12

Cabo saindo da polia fixa n

r=

n+1

ηp - ηp

1

- ηn p


28

Tabela A 04 - Pesos aproximados de moitões curtos e longos – QM. Carga Útil Número de Peso de Moitões Curtos Peso de Moitões Longos [ton] Cabos [kgf] [kgf] 10,0 4 170 130,0 (4 Cabos) 15,0 4 (8) 270,0 (250,0) 160,0 (4 Cabos) 20,0 4 (8) 360,0 (350,0) 230,0 (4 Cabos) 25,0 4 (8) 480,0 (470,0) 300,0 (4 Cabos) 30,0 4 (8) 640,0 (630,0) 380,0 (4 Cabos) 40,0 8 775,0 530,0 (6 Cabos) 50,0 8 1010,0 680,0 (6 Cabos) 60,0 8 (12) 1385,0 (1300,0) 830,0 (6 Cabos) 80,0 8 (12) 2045,0 (1850,0) 100,0 8 (12) 2650,0 (2550,0) 125,0 12 3300,0 (3200,0) 150,0 12 (16) 4200,0 (4050,0) 175,0 16 5900,0 (5700,0) 200,0 16 (24) 7800,0 (7500,0)


29

Tabela A 05 - Dimensões aproximadas dos moitões curtos.

Moitão curto com 4 cabos e mancais de deslizamento Carga Diâmetro do Dimensões Principais Dimensões da Polia [t] Cabo [mm] [mm] [mm] a b c e f D d 1,0 2,5 5,0 7,5 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0

6,5 a 9,0 9,0 a 11,0 9,0 a 11,0 13,0 a 18,0 13,0 a 18,0 20,0 a 25,0 20,0 a 25,0 24,0 a 31,0 24,0 a 31,0

Carg a [t]

Diâmetro do Cabo

30,0 40,0 50,0 60,0 80,0 100,0

20,0 a 25,0 20,0 a 25,0 24,0 a 31,0 24,0 a 31,0 31,0 a 34,0 34,0 a 39,0

[mm]

250,0 295,0 350,0 400,0 450,0 530,0 600,0 660,0 735,0

155,0 195,0 220,0 260,0 285,0 345,0 370,0 410,0 465,0

80,0 90,0 100,0 110,0 125,0 140,0 160,0 180,0 200,0

248,0 312,0 360,0 424,0 480,0 592,0 642,0 712,0 810,0

250,0 280,0 310,0 340,0 380,0 420,0 470,0 530,0 590,0

200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 500,0 550,0 600,0 700,0

40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 110,0 125,0

Moitão curto com 8 cabos e mancais de deslizamento Dimensões Principais [mm]

a

b

c

c1

e

Dimensões da Polia [mm]

f

735,0 335,0 160,0 80,0 592,0 620,0 760,0 380,0 180,0 90,0 642,0 690,0 800,0 415,0 200,0 100,0 712,0 760,0 865,0 475,0 220,0 120,0 810,0 860,0 940,0 545,0 250,0 140,0 930,0 990,0 1050,0 595,0 280,0 160,0 1030,0 1110,0

D

d

500,0 550,0 600,0 700,0 800,0 900,0

140,0 150,0 160,0 180,0 200,0 220,0


30

Peso [kgf] 27,0 50,0 86,0 120,0 170,0 270,0 360,0 480,0 640,0

Peso [kgf] 630,0 775,0 1010,0 1385,0 2045,0 2650,0

Tabela A 06 - Dimensões aproximadas dos moitões longos com 4 cabos.

Moitão longo com 4 cabos, gancho simples e mancais de deslizamento. Carg Diâmetro do Dimensões Principais Dimensões da a Cabo [mm] Polia [t] [mm] [mm] e E B A L D1 D2 2,5 5,0 7,5 10,0

8,0 a 10,0 10,0 a 12,0 12,0 a 15,0 14,0 a 18,0

15,0 20,0 25,0 30,0

18,0 a 22,0 20,0 a 25,0 22,0 a 29,0 24,0 a 31,0

35,0 50,0 55,0 62,0

215,0 290,0 360,0 390,0

110,0 110,0 110,0 125,0

100,0 100,0 100,0 120,0

615,0 815,0 915,0 1000,0

250,0 320,0 350,0 380,0

290,0 370,0 400,0 435,0

Moitão longo com 4 cabos, gancho duplo e mancais de deslizamento. 67,0 80,0 85,0 87,0

430,0 450,0 540,0 570,0

135,0 155,0 170,0 175,0

150,0 180,0 180,0 200,0

1080,0 1160,0 1345,0 1450,0

400,0 450,0 500,0 550,0

440,0 530,0 580,0 640,0


31

Peso [kgf] 40,0 65,0 110,0 130,0 160,0 230,0 300,0 380,0

Tabela A 07 – Dimensões aproximadas de ganchos simples forjados.

Peças forjadas brutas segundo a DIN 687. Carga [t] 1,0 2,0 3,0 5,0 8,0 10,0 12,5 15,0 20,0 30,0 50,0 80,0 100,0 125,0 150,0 200,0 250,0 Carga [t] 1,0 2,0 3,0 5,0 8,0 10,0 12,5 15,0 20,0 30,0 50,0 80,0 100,0 125,0 150,0 200,0 250,0

Abertura [mm]

Haste Parte Curva [mm] [mm] a b d e f g h 55,0 42,0 40.0 240,0 350,0 35,0 75,0 60,0 45,0 45,0 260,0 370,0 45,0 85,0 70,0 55,0 52,0 290,0 410,0 50,0 90,0 90,0 70,0 60,0 340,0 480,0 70,0 130,0 110,0 85,0 80,0 420,0 580,0 85,0 160,0 120,0 95,0 85,0 450,0 610,0 90,0 175,0 130,0 105,0 85,0 490,0 650,0 95,0 185,0 140,0 115,0 95,0 530,0 700,0 105,0 200,0 160,0 130,0 112,0 620,0 800,0 120,0 230,0 200,0 165,0 132,0 720,0 950,0 150,0 280,0 240,0 195,0 160,0 880,0 1150,0 180,0 350,0 280,0 225,0 190,0 1100,0 1350,0 210,0 420,0 300,0 240,0 220,0 1200,0 1500,0 225,0 460,0 330,0 265,0 240,0 1350,0 1680,0 240,0 500,0 370,0 295,0 260,0 1500,0 1850,0 260,0 550,0 400,0 320,0 280,0 1650,0 2000,0 285,0 600.0 450,0 360,0 320,0 1850,0 2200,0 315,0 660,0 Dimensões das seções da parte curva do gancho simples forjado. Seção A - B Seção C - D k m n p q 55,0 40,0 15,0 46,0 40,0 65,0 50,0 20,0 54,0 45,0 75,0 65,0 25,0 63,0 50,0 100,0 80,0 30,0 86,0 70,0 120,0 100,0 40,0 105,0 80,0 130,0 110,0 40,0 115,0 90,0 140,0 125,0 45,0 120,0 95,0 150,0 135,0 50,0 130,0 105,0 170,0 145,0 60,0 150,0 115,0 210,0 180,0 70,0 170,0 145,0 260,0 225,0 85,0 220,0 175,0 320,0 275,0 105,0 270,0 215,0 360,0 300,0 110,0 300,0 235,0 400,0 340,0 120,0 330,0 260,0 440,0 380,0 135,0 350,0 290,0 490,0 420,0 150,0 380,0 315,0 550,0 470,0 165,0 420,0 350,0


32

Peso [kgf] 3,0 4,0 6,0 10,0 32,0 48,0 62,0 76,0 120,0 190,0 350,0 650,0 860,0 1300,0 1720,0 2290,0 2850,0 r 18,0 25,0 30,0 40,0 46,0 50,0 60,0 65,0 70,0 90,0 105,0 125,0 135,0 150,0 170,0 190,0 210,0

Tabela A 08 – Dimensões aproximadas de ganchos duplos forjados.

Peças forjadas brutas segundo a DIN 699 Carga [t]

Abertura [mm] a

5,0 8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 32,0 50,0 80,0 100,0 125,0 160,0 200,0 250,0

80,0 90,0 100,0 105,0 115,0 130,0 160,0 200,0 240,0 260,0 280,0 300,0 320,0 340,0

b

d

Haste [mm] e

65,0 70,0 80,0 85,0 95,0 105,0 130,0 160,0 195,0 210,0 225,0 240,0 255,0 270,0

60,0 80,0 85,0 85,0 95,0 112,0 132,0 160,0 190,0 220,0 240,0 260,0 280,0 320,0

330,0 400,0 450,0 490,0 520,0 580,0 670,0 810,0 1000,0 1100,0 1200,0 1320,0 1500,0 1620,0

Carga [t]

m

5,0 8,0 10,0 12,5 16,0 20,0 32,0 50,0 80,0 100,0 125,0 160,0 200,0 250,0

79,0 89,0 98,0 111,0 125,0 140,0 176,0 215,0 255,0 275,0 295,0 315,0 335,0 359,0

f

g

470,0 560,0 620,0 660,0 700,0 800,0 930,0 1070,0 1270,0 1400,0 1500,0 1670,0 1850,0 2000,0

310,0 360,0 395,0 420,0 450,0 512,0 627,0 780,0 935,0 1025,0 1110,0 1200,0 1290,0 1390,0

Dimensões do Corte A - B n 50,0 60,0 70,0 75,0 80,0 90,0 110,0 140,0 175,0 195,0 220,0 245,0 275,0 305,0

Parte Curva [mm] h j 140,0 170,0 185,0 190,0 210,0 242,0 292,0 360,0 430,0 480,0 520,0 560,0 600,0 660,0

k

65,0 70,0 80,0 85,0 90,0 100,0 120,0 150,0 180,0 195,0 210,0 225,0 240,0 255,0

p

Peso [kgf]

18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 30,0 40,0 50,0 60,0 65,0 70,0 75,0 80,0 85,0

16,0 25,0 36,0 48,0 60,0 88,0 145,0 263,0 477,0 639,0 845,0 1106,0 1428,0 2085,0


33

120,0 135,0 150,0 165,0 185,0 208,0 260,0 320,0 380,0 410,0 440,0 470,0 500,0 535,0

Figura A 02 – Dimensões de polias de cabos.


34

Tabela A 09 - Dimensões das polias de cabos. Diâmetro da Polia DP [mm] 80,0 100,0 125,0 160,0 200,0 250,0 315,0 400,0 500,0 650,0 710 800 900 1000 1120 1250 1400 1600 1800 2000

Diâmetro do Cabo dc [mm] 3,5 3,5 – 5 5,0 - 6,5 6, 5 – 8,0 8,0 – 10,0 10,0– 13,0 13,0 – 16,0 16,0 – 22,0 22,0 – 27,0 27,0 – 33,0 27,0 – 33,0 33,0 – 43,0 40,0 – 45,0 40,0 – 54,0 43,0 – 58,0 45,0 – 58,0 51,0 – 58,0 58,0 58,0 58

100,0 125,0 160,0 200,0 250,0 315,0 400,0 500,0 630,0 710,0 800,0 900,0

5,0- 8,0 8,0 - 9,5 9,0 – 12,0 11,0 – 15,0 14,0 – 19,0 17,0 – 24,0 24,0– 30,0 31,0 – 37,0 38,0 – 48,0 43,0 – 54,0 48,0 – 58,0 54,0 – 58,0

Polias de passagem Canal da Polia Raio do h [mm] Canal r [mm] 12,5 2,0 15 2,7 17,5 3,5 20 4,3 20 5,4 25 7,0 30 8,5 30 12,0 40 14,5 45,0 18,0 45,0 18,0 50,0 23,0 55,0 24,0 60,0 26,0 – 32,0 65,0 26,0 – 32,0 75,0 26,0 – 32,0 75,0 32,0 75,0 32,0 75,0 32,0 75,0 32,0 Polias Compensadoras 15,0 4,0 17,5 5,0 20,0 6,3 25,0 8,0 32,5 10,0 37,5 12,5 45,0 16,0 55,0 20,0 67,5 25,0 70,0 28,0 75,0 30,0 75,0 30,0

Largura da Polia B [mm] Polias de Ferro Polias de Fundido Aço Fundido 22 22 25 25 30 30 32 30 36 32 40 36 50 45 60 55 70 65 80,0 75,0 85,0 80,0 95,0 90,0 105,0 95,0 115,0 110,0 125,0 115,0 135,0 130,0 135,0 130,0 135,0 130,0 135,0 130,0 135,0 130,0 28,0 32,0 36,0 45,0 60,0 70,0 80,0 100,0 120,0 130,0 135,0 135,0


35

28,0 32,0 38,0 43,0 55,0 65,0 75,0 95,0 115,0 117,0 125,0 125,0

Figura A 03 – Dimensões de tambores para enrolamento de cabos de aço. Tabela A 10 - Dimensões de tambores para enrolamento de cabos de aço. Fc dc p R a Espessura h [mm] do tambor para os diâmetros D t [mm] [kgf] [mm] [mm] [mm] [mm] 250,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0 500,0

8,0

10,0

4,5

1,0

1000,0

10,0

12,0

5,5

1,0

1500,0

13,0

15,0

7,0

1,5

200,0

16,0

18,0

9,0

2,0

2500,0

16,0

18,0

9,0

2,0

3000,0

19,0

22,0

10,5

2,5

4000,0

22,0

25,0

12,0

3,0

5000,0

24,0

27,0

13,5

3,0

6000,0

27,0

31,0

15,0

3,5

7000,0

29,0

33,0

16,0

3,5

8000,0

31,0

35,0

17,0

4,0

9000,0

31,0

35,0

17,0

4,0

10000,0

33,0

37,0

18,0

4,0

4,0 (6,0) 6,0 (9,0)

4,0 (6,0) 6,0 (9,0) 8,0 (12,0) 9,0 (14,0)

7,0 (11,0) 8,0 (13,0) 10,0 (15,0) 11,0 (16)

10,0 (12,0) 11,0 (16,0) 12,0 (18,0) 14,0 (20,0)

14,0 (20,0) 15,0 (22,0) 16,0 (24,0)

14,0 (22,0) 16,0 (24,0) 17,0 (26,0) 19,0 (27,0) 20,0 (28,0)

Os valores da espessura h se referem a tambores soldados de chapa de aço carbono com 2 2 σr ≈ 37 kgf/mm . Os valores entre parêntesis são para tambores em ferro fundido (σr ≈ 18 kgf/mm ). Fc = Força no cabo de aço. dc = diâmetro do cabo de aço. P = Passo da ranhura do tambor. a = Distância do centro do cabo de aço à superfície do tambor. h = Espessura do tambor. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

36

18,0 (26,0) 19,0 (27,0)

ANEXO 03 Informações sobre motores elétricos de indução de anéis.


37


38


39


40

ANEXO 04 Informações sobre cabos de aço para aparelhos de elevação e movimentação de materiais.


41


42


43


44


45

ANEXO 05 Informações sobre freios de sapatas articuladas.

Tabela A 11 - Informações sobre freios eletromagnéticos de sapatas, séries FT e FF. Momento Máximo [kgf. cm] Polia Potência Freio EletroPeso [mm] do motor Intermitente Contínuo magneto [kgf] [CV] 50% L φ FT 12 21 MA 15,0 500,0 350,0 120,0 50,0 Até 3,0 FT 16 22 MA 25,0 930,0 650,0 160,0 50,0 5,0-7,5 FT 20 41 MA 50,0 2100,0 1800,0 200,0 50,0 10,0-15,0 FE 20 41 MA 50,0 2100,0 1800,0 200,0 50,0 10,0-15,0 FE 25 42 MA 53,0 4000,0 1900,0 250,0 60,0 20,0-25,0 FT 25 31 TP 85,0 4700,0 3000,0 250,0 60,0 20,0-25,0 FT 32 32 TP 120,0 7000,0 7800,0 320,0 100,0 30,00-40,0 FE 32 32 TP 120,0 7000,0 7800,0 320,0 100,0 30,00-40,0 FT 40 41 TP 170,0 13400,0 9400,0 400,0 125,0 50,0-60,0 FE 40 41 TP 170,0 13400,0 9400,0 400,0 125,0 50,0-60,0 FT 47 42 TP 215 22000,0 15400,0 470,0 150,0 70,0-80,0 FE 47 42 TP 215 22000,0 15400,0 470,0 150,0 70,0-80,0 Escolha dos Freios Para aplicação em motores de pontes rolantes com regime de serviço inferior ou igual a 150 ciclos por hora [c/h], o momento de frenagem é obtido multiplicando-se o momento nominal do motor pelos seguintes valores: 1,5 - para freios do movimento e translação (FT). 2,5 - para freios da elevação (FE).

Tabela A 12 - Eletromagnetos para serviço intermitente de 50%. M=Monofásico, T =Trifásico. TIPO Força Útil Curso [kgf] [cm] 11 MA 4,0 3,0 12 MA 6,0 3,0 21 MA 8,0 3,0 22 MA 12,0 3,0 41 MA 20,0 3,0 42 MA 30,0 3,0 31TP 50,0 3,0 32TP 65,0 3,0 41TP 90,0 3,0 42 TP 115,0 3,0

Peso [kgf] 2,0 3,0 3,5 6,0 13,0 18,0 30,0 38,0 50,0 65,0


46

Tabela A 13 - Dimensões dos freios eletromagnéticos de sapatas articuladas.

Polia D 80,0

100,0 120,0 160,0 200,0 250,0

Polia D 250,0

Freios de Eletromagnéticos de Sapatas - Monofásicos – [mm] A B C d E F G H L 172,0 45,0 190,0 196,0 45,0 205,0 203,0 90,0 255,0 250,0 95,0 290,0 276,0 120,0 354,0 320,0 160,0 410,0

A

333,0 320,0 460,0 400,0 500,0 470,0 570,0

21,0 20,0 25,0 35,0 40,0 50,0

130,0 140,0 255,0 255,0 295,0 350,0

215,0 230,0 310,0 322,0 294,0 432,0

12,0 12,0 15,0 19,0 22,0 22,0

80,0 90,0 112,0 132,0 160,0 180,0

Freios de Eletromagnéticos de Sapatas - Trifásicos – [mm] B C d E F G H 190,0 190,0 220,0 220,0

566,0 577,0 617,0 700,0

60,0 65,0 75,0 80,0

360,0 440,0 450,0 500,0

426,0 500,0 592,0 607,0

22,0 28,8 32,0 32,0

180,0 250,0 280,0 315,0

45,0 45,0 50,0 50,0 64,0 77,0

6,0 6,0 8,0 8,0 11,0 11,0

L

S

102,0 102,0 115,0 115,0

12,0 19,0 19,0 19,0


47

S

ANEXO 06 Informações sobre acoplamentos elásticos e rígidos utilizados em sistemas de elevação e translação de pontes rolantes e carros.

Figura A 04 – Acoplamentos elásticos e rígidos para transmissões (Tabelas 13 e 14). Tabela A 14 – Acoplamentos elásticos. Acoplamentos elásticos (sem polia de freio). Diâmetro Largura do Largura da Polia Diâmetro TIPO A Acoplamento do Freio Máximo [mm] B C d [mm] [mm] [mm] AE 00 AE 0 AE 1 AE 2 AE 3 AE 4 AE 5

TIPO FF 12 FF 16 FF 20 FF 25 FF 32 FF 40

135, 0 165,0 193,0 240,0 285,0 335,0 485,0

78,0 122,0 152,0 172,0 202,0 242,0 342,0

3 0,0 45,0 60,0 70,0 85,0 100,0 160,0

Acoplamentos elásticos (com polia de freio). Diâmetro Largura do Largura da Polia Diâmetro A Acoplamento do Freio Máximo [mm] B C d [mm] [mm] [mm] 125,0 160,0 200,0 250,0 320,0 400,0

86,0 102,0 128,0 177,0 222,0 340,0

Tabela A 15 – Acoplamentos rígidos. Diâmetro Largura do TIPO A Acoplamento [mm] B [mm] AF40 AF50 AF65 AF65 AF80 AF100 AF125

72,0 712,0 122,0 162,0 192,0 232,0 282,0

145,0 175,0 220,0 220,0 265,0 305,0 380,0

110,0 130,0 170,0 170,0 210,0 250,0 330,0

Momento de Torção Admissível [kgf. Cm] 280 1430,0 2860,0 5720,0 10700,0 17200,0 67300,0

Momento de Torção Admissível [kgf. Cm]

50,0 60,0 85,0 110,0 110,0 125,0

30,0 40,0 45,0 60,0 65,0 70,0

200,0 1000,0 1430,0 2860,0 4000,0 5720,0

Diâmetro C [mm]

Diâmetro Máximo d [mm]

Momento de Torção Admissível [kgf. Cm]

120,0 150,0 180,0 180,0 220,0 225,0 310,0

40,0 50,0 65,0 65,0 80,0 100,0 125,0

1850,0 4500,0 12870,0 12870,0 29500,0 72500,0 177000,0


48

ANEXO 07 Rodas e Trilhos exemplificados neste resumo de dimensionamento de dispositivos e mecanismos de uma ponte rolante. Tabela A 16 – Diâmetro mínimos de rodas e trilhos para carros de pontes rolantes. Diâmetro de rodas Carga [t] 10,0 a 20,0 a 30,0 a 40,0 a 50,0 a 75,0 a 100,0 a 20,0 30,0 40,0 50,0 75,0 100,0 200,0 Diâmetro da 200 ou 300,0 ou 400,0 ou 500,0 ou 600,0 ou 700 ou 800 ou Roda [mm] 250,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0 1000,0 Trilhos para pontes rolantes e carros. Diâmetro da 200,0 250,0 300,0 400,0 500,0 600,0 710,0 Roda [mm] Perfil 50,8 50,8 50,8 57,2 57,2 69,9 69,9 Quadrado Trilho TR –25 TR-25 TR-25 TR-37 TR-45 TR-32 TR-32 Diâmetro da 800,0 900,0 1000,0 1120,0 1250,0 1400,0 1600,0 Roda [mm] Perfil 76,2 Quadrado Trilho TR-50 TR-50 TR-50 TR-50 TR-50 TR-50 TR-50 Tabela A 17 – Quantidade e diâmetro de rodas para pontes rolantes. Carga [t] Vão da Ponte [m] 6a8 8 a 10 10 a 12 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 40,0 50,0 60,0 75,0 100,0 150,0 200,0

4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 8,0 8,0 8,0 8,0 16,0

500,0 500,0 600,0 600,0 800,0 1000,0 1000,0 800,0 800,0 1000,0 1250,0 1000,0

Carga [t] 15 a 18 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 40,0 50,0 60,0 75,0 100,0 150,0 200,0

4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 16,0

600,0 600,0 600,0 800,0 800,0 800,0 800,0 800,0 1000,0 1250,0 1250,0 1000,0

4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 8,0 8,0 8,0 8,0 16,0

500,0 500,0 600,0 600,0 800,0 1000,0 1000,0 800,0 1000,0 1250,0 1250,0 1000,0

4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 16,0

500,0 500,0 600,0 600,0 800,0 1000,0 1000,0 800,0 800,0 1000,0 1250,0 1000,0

12 a 15 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 16,0

Vão da Ponte [m] 18 a 21 21 a 25 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 16,0

600,0 600,0 600,0 800,0 1000,0 800,0 800,0 1000,0 1000,0 1250,0 1250,0 1000,0

4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 16,0 16,0

800,0 800,0 800,0 800,0 1000,0 800,0 800,0 1000,0 1250,0 1250,0 1000,0 1250,0

25 a 30 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 16,0 16,0


49

500,0 500,0 600,0 600,0 800,0 1000,0 1000,0 800,0 800,0 1000,0 1250,0 1000,0 800,0 800,0 800,0 1000,0 1000,0 800,0 1000,0 1000,0 1250,0 1250,0 1000,0 1250,0

Tabela A 18 – Dimensões aproximadas de rodas com eixo fixo para carros e pontes.

Diâmetro da Roda A 250,0

B

Rodas com Eixo Fixo – [mm] C D E F

G

H

I

100,0 100,0 67,0 35,0 319,0 128,0 35,0 75,0 100,0 112,0 72,0 45,0 333,0 131,0 45,0 75,0 300,0 105,0 125,0 77,0 55,0 140,0 140,0 60,0 75,0 400,0 120,0 138,0 82,0 65,0 163,0 163,0 70,0 75,0 500,0 Dados da Engrenagem – Mancal de Rolamento – Viga cabeceira. Diâmetro Módulo Redução Distância Rolamento Rolamento Viga Roda m Z2 /Z1 entre da do Cabeceira centros Roda Pinhão 250,0 5,5 56,0/14,0 192,5 21310 6207 U 18” 7,0 52,0/13,0 235,5 21313 6309 U 10” 300,0 8,0 56,0/14,0 287,0 21316 6312 U 12” 400,0 10,0 56,0/14,0 363,0 21320 6314 U 15” 500,0 Cargas aproximadas nas rodas. Diâmetro da Roda [mm] 250,0 320,0 400,0 500,0 Carga Admissível [t] 5,0 8,0 12,5 20,0


50

Tabela A 19 – Dimensões aproximadas de rodas com eixo móvel para carros e pontes.

Diâmetro da D2 Roda – D1 250,0 45,0 50,0 300,0 60,0 400,0 75,0 500,0 85,0 600,0 105,0 800,0 1000,0 130,0

D3 M16 M16 M22 M32 M32 M32 M40

Diâmetro da Roda [mm] Carga Admissível [t]

Rodas com Eixo Móvel – [mm] A B C E F

G

H

R

280,0 85,0 62,0 11,5 100,0 80,0 70,0 260,0 330,0 110,0 64,0 23,0 110,0 90,0 80,0 278,0 440,0 120,0 80,0 20,0 142,0 110,0 100,0 340,0 540,0 125,0 85,0 20,0 160,0 115,0 100,0 340,0 640,0 130,0 88,0 21,0 190,0 145,0 120,0 420,0 855,0 150,0 90,0 30,0 215,0 180,0 140,0 485,0 1060,0 180,0 94,0 43,0 240,0 204,0 160,0 650,0 Rolamentos Recomendados. 250,0 300,0 400,0 500,0 600,0 800,0 1000,0 22310 21312 22313 22316 22320 22324 22332


51

Tabela A 20 – Dimensões aproximadas de rodas cônicas para pontes rolantes.

Diâmetro da Roda – D1

300,0 400,0 500,0 600,0 800,0

D2

D3

60,0 70,0 80,0 90,0 105,0

M16 M22 M32 M32 M32

Diâmetro da Roda [mm] Carga Admissível [t]

Rodas Cônicas com Eixo Móvel – [mm] A B C E F G H 330,0 440,0 540,0 640,0 855,0

120,0 120,0 125,0 130,0 150,0

80,0 80,0 85,0 88,0 90,0

20,0 20,0 20,0 21,0 30,0

115,0 145,0 165,0 190,0 200,0

95,0 115,0 125,0 145,0 160,0

Rolamentos Recomendados. 300,0 400,0 500,0 21312 22313 22316

44,0 70,0 80,0 90,0 90,0

M

N

P

150,0 170,0 170,0 170,0 212,0

224,0 260,0 375,0 410,0 460,0

310,0 360,0 375,0 410,0 460,0

600,0 22320


52

800,0 22324

Figura A 05 – Resistência ao deslocamento de rodas (Tabela A 21) Tabela A 21 – Resistência ao deslocamento das rodas. D d Mancais de rolamento [mm] [mm] µ = 0,002 e f = 0,05 cm ω

200,0 250,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0 900,0 1000,0 1120,0 1250,0 1400,0 1600,0

45,0 50,0 63,0 80,0 90,0 100,0 110,0 125,0 140,0 160,0 180,0 200,0 200,0 220,0

ω t -

ω -

5, 5 . 10 4,5 .10 –3 3,5 . 10-3 3,0 . 10-3 2,5 . 10-3 2,0 . 10-3 1,5 . 10-3 1,5 . 10-3 1,5 . 10-3 1,5 . 10-3 1,0 . 10-3 1,0 . 10-3 1,0 . 10-3 1,0 . 10-3

Mancais de Deslizamento µ = 0,1 e f = 0,05 cm

10,5 . 10 9,5 . 10-3 8,5 . 10-3 8,0 . 10-3 7,5 . 10-3 7,0 . 10-3 6,5 . 10-3 6,5 . 10-3 6,5 . 10-3 6,5 . 10-3 6,0 . 10-3 6,0 . 10-3 6,0 . 10-3 6,0 . 10-3

ω t -

27,5 . 10 24,0 . 10-3 23,0 . 10-3 22,5 . 10-3 20,0 . 10-3 17,5 .10-3 17,0 . 10-3 17,0 . 10-3 17,0 . 10-3 17,0 . 10-3 17,0 . 10-3 17,0 . 10-3 15,0 . 10-3 14,5 . 10-3

32,5 . 1032,5 . 10-3 29,0 . 10-3 28,0 . 10-3 27,5 . 10-3 25,0 . 10-3 22,5 . 10-3 22,0 . 10-3 22,0 . 10-3 22,0 . 10-3 22,0 . 10-3 22,0 . 10-3 20,0 . 10-3 19,5 . 10-3

P = Carga sobre a roda. N = Rotação da roda. D = Diâmetro da roda. B = Diâmetro do cubo da roda. µ = Coeficiente de atrito de deslizamento. F = Coeficiente de atrito de rolamento. W = P. ω = Resistência ao deslocamento. ω = Resistência específica ao deslocamento (parte cilíndrica da roda). ω t = Resistência específica ao deslocamento incluindo as flanges da roda. W = P. ω = Resistência ao deslocamento para as rodas sem as flanges (bordas). M = W.D/2 = Momento resistente ao deslocamento para rodas sem flanges. Wt = P. ω t = Resistência ao deslocamento mais o atrito das flanges da roda com o trilho. Mt = Wt.D/2 = Momento resistente ao deslocamento mais atrito das bordas da roda com o trilho. Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

53

d +f 2 ωt = D + 0,005 2 µ

Figura A 06 – Trilhos para pontes rolantes e carros. Perfis quadrados e de estrada de ferro (Vignole).


54

Tabela A 22 – Trilhos para pontes rolantes e carros. Perfis quadrados e de estrada de ferro (Vignole). Perfis dos Trilhos Quadrados Lado Largura Raio Peso Jx Wx 4 3 útil b r [kgf/m] [cm ] [cm ] a a [mm] [mm] [polegada] [mm] 2 50,8 35,0 7,9 19,8 55,0 21,3 16 1/4 57,2 41,4 7,9 25,2 88,0 31,0 2 3/4 69,9 50,9 9,51 37,7 190,0 56,5 3 76,2 54,0 11,1 44,7 275,0 73,0 Perfis dos Trilhos de Estrada de Ferro (vignole) Trilho

a

b

R

r

Dimensões [mm] h p z

x

s

q

∝

TR 25 54,0 38,0 304,8 7,9 98,4 98,4 11,1 47,8 17,5 28,6 13o TR 32 61,0 45,0 304,8 7,9 112,7 112,7 12,7 54,4 19,8 32,5 13o TR 37 63,0 47,0 304,8 7,9 122,2 122 13,5 58,4 21,4 36,1 13o TR 45 65,0 46,0 355,6 9,5 142,9 130,2 14,3 64,5 25,4 37,3 14o2’ TR 50 68,0 49,0 355,6 9,5 152,4 136,5 14,3 69,9 27 42,1 14o2’ TR 57 69,0 50,0 254,0 9,5 168,3 139,7 15,9 75,7 28,6 24,9 14o2’ Momentos de Inércia e Módulos de Resistência dos Trilhos de Estrada de Ferro Jx Wx Peso 4 3 Trilho [cm ] [cm ] [kgf/m] TR 25 414,0 82 24,65 TR 32 703,0 121 32,05 TR 37 952,0 150 37,11 TR 45 1570,0 206 44,65 TR 50 2040,0 248 50,35 TR 57 2675,0 304 56,90


55

Figura A 07 – Nomograma para a determinação do coeficiente de carga da roda sobre o trilho. Tabela A 23 – Materiais utilizados nos trilhos de pontes rolantes e carros. Tensão de Limite de Alongamento Dureza Perfil do Trilho Aço Ruptura Escoamento [%] Brinell 2 2 [kgf/cm ] [kgf/cm ] E. Ferro TR25 e TR32 1060 6850,0 3780,0 12,0 210 E. Ferro TR37 e TR45 1070 7130,0 3920,0 12,0 210 E. Ferro TR50 e TR57 1074 7350,0 4070,0 12,0 220 Quadrado 1020 3850,0 2100,0 25,0 110 Quadrado 1040 5300,0 2900,0 18,0 150 Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

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Tabela A 24 – Carga admissíveis para rodas [t], Grupo 0, conforme DIN 15070 (continua). Trilho TR25 TR32 TR37 Velocidade 25 50 100 25 50 100 25 50 100 [m/min] Diâmetro da Grupo 0: ED até 16%. roda 300,0 10,6 10,0 9,0 12,5 11,8 10,0 13,2 11,8 10,6 400,0 18,0 16,0 41,0 18,0 17,0 15,0 500,0 20,0 19,0 23,6 21,2 19,0 600,0 26,5 23,6 800,0 1000,0 Trilho TR45 TR50 TR57 Velocidade 25 50 100 25 50 100 25 50 100 [m/min] Diâmetro da Grupo 0: ED até 16%. roda 300,0 13,2 11,8 10,6 14,0 12,5 11,2 14,0 13,2 11,2 400,0 18,0 17,0 15,0 19,0 18,0 16,0 20,0 18,0 16,0 500,0 23,6 21,2 20,0 25,0 22,4 21,2 25,0 22,4 21,2 600,0 28,0 26,5 23,6 20,0 28,0 25,0 31,5 28,0 26,5 800,0 37,5 33,5 42,5 37,5 35,5 42,5 40,0 35,5 1000,0 50,0 47,5 Tabela A 24 - (continuação) – Cargas admissíveis para rodas [t], Grupo 01, conforme DIN 15070. Trilho TR25 TR32 TR37 Velocidade 25 50 100 25 50 100 25 50 100 [m/min] Diâmetro da Grupo 01, ED de 16 a 25%. roda 300,0 9,5 9,0 8,0 11,2 10,6 9,0 11,8 10,6 9,5 400,0 11,2 16,0 14,0 12,5 16,0 15,0 13,2 500,0 20,0 18,0 17,0 21,2 19,0 17,0 600,0 21,2 25,0 23,6 21,2 21,2 800,0 1000,0 Trilho TR45 TR50 TR57 Velocidade 25 50 100 25 50 100 25 50 100 [m/min] Diâmetro da Grupo 01, ED de 16 a 25%. roda 300,0 11,8 10,6 9,5 12,5 11,2 10,0 12,5 11,8 10,0 400,0 16,0 15,0 13,2 17,0 16,0 14,0 11,0 16,0 14,0 500,0 21,2 19,0 18,0 22,4 20,0 19,0 22,4 20,0 19,0 600,0 25,0 23,6 21,2 26,5 25,0 22,4 28,0 25,0 23,6 800,0 35,5 33,5 30,0 37,5 33,5 31,5 37,5 33,5 31,5 1000,0 40,0 47,5 45,0 42,5 Dimensionamento de Ponte Rolante – 1983 - 2011. B. de M. Purquerio, Engenheiro Mecânico, M. Sc., Ph. D.

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Tabela A 24 15070. Trilho Velocidade [m/min] Diâmetro da roda 300,0 400,0 500,0 600,0 800,0 1000,0 Trilho Velocidade [m/min] Diâmetro da roda 300,0 400,0 500,0 600,0 800,0 1000,0

(continuação)-Cargas admissíveis para rodas [t], (Grupo 02), conforme DIN

Tabela A 24 DIN 15070. Trilho Velocidade [m/min] Diâmetro da roda 300,0 400,0 500,0 600,0 800,0 1000,0 Trilho Velocidade [m/min] Diâmetro da roda 300,0 400,0 500,0 600,0 800,0 1000,0

25

TR25 50

100

TR32 50

25

100

25

TR37 50

100

Grupo 2, ED DE 25 A 40%. 8,5 11,8

8,0 11,2

25

TR45 50

7,1 10,0

100

10,0 14,0 18,0

9,5 12,5 16,0 20,0 TR50 50

25

8,0 11,2 15,0 19,0

100

10,6 14,0 19,0 22,4

25

9,5 13,2 17,0 21,2 28,0 TR57 50

8,5 11,8 15,0 19,0 26,5 100

Grupo 2, ED DE 25 A 40%.%. 10,6 14,0 19,0 22,4 31,5

9,5 13,2 17,0 21,2 30,0 33,5

8,5 11,8 16,0 19,0 26,5 40,0

11,2 15,0 12,0 23,6 33,5 40,0

10,0 14,0 18,0 22,4 30,0 35,5

9,0 12,5 17,0 20,0 28,0 32,5

11,2 16,0 20,0 25,0 33,5 40,0

10,6 14,0 18,0 22,4 31,5 37,5

9,6 12,5 17,0 1,2 28,0 33,5

(continuação)- Cargas admissíveis para rodas [t], (Grupo 03), conforme 25

TR25 50

100

TR32 50

25

100

25

TR37 50

100

Grupo 3, ED de 40 a 60%. 7,5 10,6

7,1 10,0

25

TR45 50

6,3 9,0 11,2

100

9,0 12,5 16,0 20,0

8,5 11,2 14,0 18,0

25

TR50 50

7,1 10,0 13,2 17,0

100

9.5 12,5 17,0 20,0 26,5 25

8,5 11,8 15,0 19,0 25,0 TR57 50

7,5 10,6 13,2 17,0 23,6 100

Grupo 3, ED de 40 a 60%. 9,5 12,5 17,0 20,0 28,0 35,5

8,5 11,8 15,0 19,0 26,5 33,5

7,5 10,6 14,0 17,0 23,6 30,0

10,0 13,2 18,0 21,2 30,0 35,5

9,0 12,5 16,0 20,0 26,5 35,5

8,0 11,2 15,0 18,0 25,0 30,0

10,0 14,0 18,0 22,4 30,0 37,5

9,5 12,5 16,0 30,0 28,0 33,5


58

8,0 11,2 15,0 19,0 25,0 33,5

Apostila Projeto de Ponte Rolante

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