Projeto De Maquinas

Projetos Mecânicos Projeto de Máquinas Ponte Rolante com Guincho Fixo

Marcelo Pedro da Silva 042.3338-6 Noturno 071

Orientação: José Renato Mendes Sergio Giudici 2º Semestre de 2008 Revisão Data Projetado Aprovado

0 02/10/08 Marcelo Pedro Sérgio

A 24/11/08 Marcelo Pedro Sérgio

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Índice

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Introdução As pontes rolantes são equipamentos usados para transportar cargas dentro de um espaço físico pré determinado. Tem o nome de "ponte rolante" por ser constituída basicamente de uma viga principal (Trave) apoiada em cada extremidade por apoios rolantes (Truques) que se deslocam sobre dois trilhos elevados e paralelos afastados um do outro o comprimento aproximado da viga. O deslocamento da viga principal é no seu sentido transversal, tanto para a direita como para a esquerda, pela extensão dos trilhos e geralmente em planos horizontais ou, em casos especiais os trilhos podem seguir trajetória curva e os planos serem levemente inclinados. Acrescentado à viga principal geralmente existe um guincho capaz de suspender as cargas verticalmente do chão até aproximadamente à altura da viga principal. Este guincho freqüentemente está instalado sobre um carro que se desloca longitudinalmente através da viga principal.

Descrição Projetar uma ponte rolante com o guincho fixo para elevação, conforme as especificações indicadas a seguir. A movimentação de materiais (fardos de chapas ou chapas grossas) será feita utilizando -se uma barra de carga com eletroímãs, suspensa por cabos de aço. O sistema de l evantamento deverá ser fixado nas traves da ponte rolante. Este equipamento deverá ser projetado em partes adequadas ao transporte e montagem no local de operação. Especificações Carga útil nominal Vão entre centros dos trilhos Altura de l evantamento Percurso de movimento de translação Velocidade de translação Velocidade de levantamento Freios Condições de uso Ambiente de serviço Temperatura ambiente Umidade relativa do ambiente Controle de velocidades Norma de dimensionamento Elementos estruturais em aço Alimentação Coef. para percurso médio e Fator de utilização (par) Coef. para C arga média (par)

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Q E H LP VT VL

25tf 22m 5,50 m 220 m 120 m/min 10 m/min A disco 20 horas/dia Interno 20ºC a 40ºC 30% a 90% Inversor NBR 8400 ASTM A36 440 v, 60 Hz 0,6 0,8

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Cálculos iniciais Para iniciarmos o dimensionamento será necessário adotarmos valores médios, usuais e tabelados. Percurso médio de utilização

Lm = Coef . × L P

Lm = 0,6 × 220

Lm = 132 m

Qm = 0,8 × 25 .000

Qm = 10 .000 Kgf

4.2 - Carga média

Q m = Coef . × Q Tempo de aceleração

De acordo com a NBR 8400 - Tabela 6 – pág 11. Observar coluna de “Equipamentos de velocidade média e alta ”

OBS: Considerar tempo de frenagem igual à aceleração. Transformação de unidades

VT = 120 m VL = 10 m

VT = 2,0 m

min

min

VL = 0,1667 m

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s

s

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Mecanismos O grupo dos mecanismos será dimensionado segundo a norma NBR 8400 nos itens: - Classe de Funcionamento; - Estado de Solicitação. Para tanto é necessário fazermos duas perguntas: - Quanto tempo o mecanismo estará em operação? - Qual o percentual de carga nominal o mecanismo carregará na média? Analisaremos a operação do mecanismo da seguinte forma: Translação

123456-

Suspensão da carga; Translação da carga; Abaixamento da carga; Suspensão em vazio; Translação em vazio; Abaixamento em vazio;

Elevação

Tempos Elevação OBS: Na operação de elevação, devida a baixa velocidade, os tempos de aceleração e frenagem são desprezíveis.

tL =

H vL

tL =

5,5 10

t L = 0,55 min t L = 33,0 s

Translação OBS: Utilizar aceleração do item 4.3 pg. 02.

tT = 2 × ta + tr La + L f = ta × vT La + L f = 5,6 × 2,0

La + L f = 11, 2m Lr = LP − ( La + L f )

Lr = 132 − 11,6 Revisão Data Projetado Aprovado

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Lr = 120,8m L tr = r vT t r = 120 ,8 2,0

t r = 60,4 s

tT = 2 × ta + tr

tT = 2 × 5,6 + 60,4

tT = 71,6s

Tempo total do ciclo:

tC = 4 × t L + 2 × tT

t C = 4 × 33,0 + 2 × 71,6

t C = 275 ,2 s

Fração de tempo do ciclo em movimento vertical:

αL =

4 × tL tC

αL =

4 × 33,0 275, 2 α L = 0,4796s

Fração de tempo do ciclo em movimento horizontal:

αT =

2 × tT tC

αT =

2 × 71,6 275,2 α T = 0,5203s

Utilização média: Em 1 dia de trabalho, equip amento trabalhando 20 horas e considerando o fator de utilização (f.u. pág 3) temos: Elevação =

α L × f .u. × 20

=

0,4796 × 0,6 × 20

=

Translação =

α T × f .u. × 20 =

0,5203 × 0,6 × 20

=

Total =

3600 tC

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=

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3600 275, 2

=

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5,755 horas 6,224 horas

dia dia

13,081 ciclos

hora

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Classe de funcionamento De acordo com a NBR 8400 - Tabela 20 – pág 26.

Mecanismo de Elevação: tm = 5,755 horas Mecanismo de Translação: tm = 6,224horas

è Classe V3 è Classe V3

Estado de solicitação Para classificar o estado de solicitação de um mecanismo, precisamos definir as cargas as quais ele esta submetido, sejam elas originadas pelo próprio equipamento (QA) ou por carga transportada. Barra de carga: Sendo assim, s erá necessário estimar o peso eletroímãs, moitão, cabo de aço, etc. Nesta estimativa adotamos que a barra de 200kgf/m. Para um vão livre de 22 metros: - 2 barras de carga de 9,1 metros cada, com

da

barra

carga

de

possui

carga uma

equipada densidade

peso estimado de 1820 Kgf cada.

Eletroímãs: Catálogo Inbras Eriez – Eletroímãs quadrados pesados:

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com

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de

Para a carga especificada de 25000 Kg, seriam necessários 14 eletroímãs do modelo 6630. Sendo assim, para facilitar a disposição nas barras de carga, utilizaremos 7 eletroímãs em cada barra, evitando espaços longos e conseqüentemente o empenamento do material transportado. Estes eletroímãs têm peso próprio de 106,6 Kg cada, resultando em 746,2 Kgf em cada barra de carga. Cabo de aço e roldanas: O peso estimado para o cabo de aço e roldanas é de 100 Kgf cada. Peso total dos acessórios:

Q A = PBarra + PEletrímãs + PRoldanas + PCaboAço

QA = 2786,2 Kgf Cada barra

QA = 1820 + 746,2 + 120 + 100 Média cúbica

Para classificar o estado de solicitação, aplicamos a fórmula:

Σ S i × ti Σ ti 3

K =3

Onde: Si – Solicitações parciais constantes Ti – tempos correspondentes a Si

As solicitações parciais devem ser estudadas da seguinte forma: No mecanismo de elevação, devemos considerar a capacidade média da ponte, a carga transportada e peso dos acessórios (barra de carga, cabos, eletroímãs, etc.).

S=

QM + QA Q

Translação

Sendo assim temos 4 casos: S1S2S3S4-

K =3

Suspensão da carga + acessórios; Abaixamento da carga + acessórios; Suspensão dos acessórios; Abaixamento dos acessórios.

Elevação

2 × (10 .000 + 2786 ,2 ) 3 × 0,5 + 2786 ,2 3 × 0,5) 1 × → K = 0,7962 1 10 .000 + 2786 ,2

Com o índice “K”, é possível encontrar pela Tabela 22, pág. 27 da NBR 8400 o estado de solicitação “2”, referente aos estados mencionados na Tabela 21.

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E subseqüentemente definimos o grupo ao qual o mecanismo pertence observando a Tabela 23 da página 2 8 da NBR 8400.

Cruzando os dados obtidos de “Estado funcionamento” – V3, obtemos o grupo 3m.

de

solicitação ”

–

2

e

“Classe

de

Cabo de aço De acordo com a Norma NBR 8400, temos: “O critério de escolha do cabo de aço deve assegurar uma vida sati sfatória do mesmo. O método (...) é aplicável para cabos formados por mais de 100 fios, com resistência à ruptura de 160daN/mm ²a 20daN/mm ²,polidos ou galvanizados retrefilados, tendo alma de aço ou de fibra. (...) A escolha do diâmetro dos cabos e dos diâmetros de enrolamento é feita em função do grupo de mecanismo de levantamento. ”

dc = Q T

k O diâmetro externo mínimo do cabo é determinado pela fórmula: onde, “dc” representa o diâmetro do cabo em milímetros, “Q” o valor tabelado (tabela 27) em função do “Grupo de Mecanismo ”, e “T” a tração em cada cabo. Para tal calculo será necessário encontrar a tração em cada cabo, lembrando que os valores obtidos até aqui são correspondentes a metade da ponte, considerando 2 lados simétricos. Onde n é o número de quedas do cabo de aço, assim fica:

F0 =

Q '+Q A n

F0 =

12.500 + 2786, 2 → F0 = 1.910,8kgf 8

Rendimento do moitão:

η Mo =

1 −η p

n

η Mo =

n(1 − η p )

1 − 0,983 3(1 − 0,98)

η Mo = 0,98

Força máxima nas pontas do cabo:

FMáx. =

F0 η Mo

FMáx. =

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1.910,8 0,98

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FMáx . = 1 .950 ,00 kgf

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Diâmetro do cabo:

dc ≥ Qk T Tabela 27: Grupo de mecanismo “3m” Cabo normal:

dc ≥ 0,335 1.950,00 dc ≥ 14 ,80 mm

Observando o catálogo do fornecedor: (CIMAF)

dc adot . = 16 mm

+ AACI ” – 16 mm Coeficiente de segurança:

16200 1950,00 Coef .Seg = 8,3 Coef .Seg − min = 8

Coef .Seg =

OK..!!

Dimensionamento do tambor e polias Tambor (Dromo) A

escolha

do

tambor

é

feita

a

partir

da

determinação

do

diâmetro

mínimo

de

De ≥ H 1 × H 2 × dc

enrolamento de um cabo, que é dado pela fórm ula: . Os valores de H1, que depende do grupo em que esta classificada o mecanismo, são dados na tabela 28. O valor de H2 para tambores e polias de compensação é igual a 1. Por tanto:

De ≥ 22,4 × 1 × 16

De ≥ 358 ,4 mm

De .adot . = 360 mm

Per .tambor = 1.130 ,97 mm

Como temos 5,5 metros de altura para levantamento, com moitão simples de 4 quedas, será necessário que o tambor enrole para cada ponta do cabo (são 4 pontas no total), 11 metros de cabo em cada enrolamento. Para determin armos a largura do tambor é necessário calcular o numero de espiras para cada enrolamento, considerando 2 espiras que estão sempre enroladas no tambor. Considerar diâmetro do berço do cabo 1,06xdc.

N espiras =

H ×2 +2 Per .tambor

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N espiras =

5.500 × 2 +3 1.130,97

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N espiras = 12,73

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Largura para cada enrolamento:

Li ≅ dc adot . × 1,06 × N espiras

Li ≅ 220 ,5 mm

Li ≅ 16 × 1,06 × 13

Considerando um espaçamento de 100 mm para fixação dos cabos, temos:

Ltambor ≅ 5 × 100 + 4 × Li

Ltambor ≅ 4 × 100 + 4 × 220 ,5

Ltambor ≅ 1.138 , 2 mm

Espessura do tambor σc = 600kgf/cm ² σf = 600kgf/cm ²

Material: Aço AA36

Quanto à compressão:

σc =

0,5 × FMáx . h× p

h=

0,5 × FMáx. σc × p

h=

0,5 × 1.950 600 × 1,8

h ≅ 0,9cm

Quanto a flexão:

h=3

0,962 × Fmáx. 2 2 De × σ f

h=3

0,962 ×1.950 362 × 6002

h ≅ 0,0156cm

Portanto, usaremos h= 16 mm. Espessura da chapa

e ≥ h + (rcabo − a )

e ≥ 16 + (9 − 2)

e ≥ 23mm

Portanto, usaremos espessura da chapa de 25,4mm [1 polegada] Rotação no tambor

nT =

Vcabo π × De

nT =

20 π × 0,36 nT = 17,68rpm

Vcabo = VL × N e

Vcabo = 10 × 2

Vcabo = 20m / min

Torque mínimo na saída do redutor

D  Mt = (Q A + Q ) ×  e   2 

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 0,36  Mt = (1.950 + 12.500) ×    2 

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Mt = 2.601kgfm

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Eixo do tambor Material Aço SAE 1050 Tref ilado Tensão admissível na flexão: 2300 Kg/cm² Quanto à torção:

domín . = 3

Mt 0,2 × τ t

domín . = 3

260 .100 0,2 × 2300

do mín . = 8,27 cm

Verificação quanto à flexão: Carga:

P = 7.500 kg

Vão livre: Vão carregados:

Afastamentos:

L = 9cm l = 16cm Q=P l C = 10cm

Mod. Elasticidade:

E = 2.000 .000 kg / cm

Carga distribuída:

Q = 7.500

4

4

 do  J =   × 0,7854  2 

M. Inércia:

16 Q = 468 ,75 kg / cm

 8,27  J =  × 0,7854  2 

3

3

 do  W =   × 0,7854  2 

M. Resistente:

Mf máx. =

M. fletor máx.

J = 292 ,35cm 4

 8,27  W =  × 0,7854  2 

Q × C × (L − C ) 2

Mf máx. =

W = 70,70 cm 3

468,75 × 5 × (16 − 5) 2

Mf máx . = 12 .891 kg / cm

Wfnec. =

Mod. Resistência:

Mf Tadm

Wf nec . =

Fecha:

Flexa =

Q × L 5 × L3 × E × J 384

Flexa =

T. Flexão:

T flexão =

Mf W

T flexão =

12.891 2.300

Wf nec . = 5,60cm 3

468,75 × 9 5 × 93 × 2 × 10 6 × 292,35 384

12.891 70,70

Flexa = 0,000685 mm

T flexão = 183 kg / cm ²

T flexão (183kg / cm2 ) ≤ Tadm. (2300kg / cm2 ) ∴ OK!!

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Entalho do eixo Momento torsor: 260.100kfcm

σ c = 1.500 kfgcm 2 τ = 1.200kgfcm α =8 B = 1,2cm Deixo = 12,5cm d eixo = 11,7 cm

t1 = 0,2cm Quanto ao esmagamento

Ft =

2 × Mt α × Deixo

Ft =

2 × 260.100 8 × 12,5

Ft = 5 .202 kgf

Lc =

Ft b×σc

Lc =

5.202 0,2 × 1.500

Lc = 17 ,34 cm

Quanto ao cisalhamento

Le =

Ft B ×τ

Le =

5.202 1,2 × 1.500

Le = 2,9cm

Como Lc > Le, prevalece Lc = 17,34

– adotado Lc de 18 cm [180 mm]

Especificação: Entalhado eixo 8x114x125 Entalhado furo 8x114x127 Dimensionamento dos rolamentos Usaremos como referência o catálogo da NSK. Vida Nominal: 60.000 horas Devido à dificuldade de alinhamento do tambor, por ser um item robusto, utilizaremos rolamento autocompensador de esfras que permite elevada carga radial. Usaremos como referência o catálo go da NSK.

fn = 1,36 fh = 4,2

Para rotação tem -se: Para vida nominal tem -se: Força radial:

Fr = P = 7.500kgf = 73.500N

Cr ≥ fh

Portanto:

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P fn

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Cr ≥ 4,5

73.500 1,36

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Cr ≥ 243 .198 ,53

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Capacidade de carga estática:

Co = fs × Cr

Co = 1,5 × 243.198,53

Co ≥ 364 ,8 KN Rolamento adotado: SKF – autocompensador de esferas 250 x 68 _ Co = 900 KN

– 22228 CC/W33 - 140 x

Acoplamento do tambor O acoplamento para o tambor, é de importância elevada, pois além de transmiti r o torque necessário entre a saída do redutor e tambor, deve também permitir ligeiros desalinhamentos entre os dois. Para tanto, são necessários: Torque e Reação radial, obtido na saída do redutor, observando o catálogo da GOSAN – Acoplamento para tambores selecionamos o tipo ABG, modelo 135.

Dimensionamento das Roldanas Para cada lado da ponte rolante temos 8 polias de desvio e 3 compensadoras, analisando conforme figura 15 da página 35 da NBR 8400, temos 2 conjuntos para cada lado da ponte. A fórmula é a mesma usada para o cálculo do diâmetro do tambor.

De ≥ H 1 × H 2 × dc

De ≥ 22 , 4 × 1,12 × 16

De ≥ 401,5 mm Eixo Material Aço SAE 1050 Trefilado Tensão admissível na flexão: 2300 Kg/cm² Quanto à torção:

d torsãomín . = 3

Mt 0, 2 × τ t

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domín . = 3

585 0,2 × 2300

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do mín . = 1,08cm

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Quanto a flexão

d felxmín . = 3

32 × mmáx π ×τ

d mín. = 3

Como d flexmin > d torsãomin mm]

32 × 21.470 π × 2300 × 9,8

d mín . = 2,14cm

prevalece d torsãomin = 2,14 – adotado d eixo de 3,0 cm [30

Rolamentos Usaremos como referência o catálogo da NSK. Vida Nominal: 60.000 horas

fn = 0,85 fh = 4,2

Para rotação tem -se: Para vida nominal tem -se: Força radial:

Fr = P = 1.950kgf = 19.110N Cr ≥ fh

Portanto:

Capacidade de carga estática:

P fn

Co = fs × Cr

Cr ≥ 4,5

19.110 0,85

Cr ≥ 101 .170 ,6

Co = 1,5 × 101.170,6 Co ≥ 151,75 kN

Rolamento adotado: SKF – rígido de esferas – 2206 E - 60 x 110 x 28_ Co = 215KN Potência do motor

Nm = η sist .

(QA + Q )× VL

60 × 75 × η sist . = ηtambor × η mancal × η redutor × η polias η sist . = 0,98 × 0,97 × 0,97 × 0,98 η sist . = 0,90

Nm =

(1.950 + 12.500 ) × 10 60 × 75 × 0,90

N m = 35,68 cv

Potência efetiva

N e = N m × fs N e = 35,68 × 1,1

N e = 39, 25cv

Seleção do redutor Torque de saída: Rotação de saída: Potência na saída: Rotação de entrada: Relação de redução:

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2.601 kgfm 17,68 rpm 35,68 cv 880 rpm 49,78

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Dimensionamento Potência absorvida

Pa = 35,68cv

Fator de serviço: Aplicado em guincho de ponte rolante com carregamento uniforme até 20 horas diárias

fs = 1,25

Potência nominal:

N n = Pa × fs

N n = 35,36 × 1,25

N n = 44 ,6 cv

Potencia do redutor a 900 rpm

N redutor = 65,5cv Potência térmica natural

Pgt = 120,7 cv

Fator de temperatura ambiente: Temperatura de trabalho de 35 a 40 ºC de 3 estágios

– Redutor

fa = 0,7

Fator de duração de operação: tempo de trabalho maior de 10 horas diárias

fb = 1,0

Fator de correção para temperatura ambiente: Ambiente aberto e protegido do sol

fc = 1,3

Fator de aplicação: Em função de fs

fx = 0,95

Dimensionamentos por potência térmica

Pa ≤ Pgt × fa × fb × fc × fx 35,38 ≤ 120 ,7 × 0,7 × 1,0 × 1,3 × 0,95 35,38cv ≤ 104 ,35cv Ok! Atende a necessidade.

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Dados do redutor: Fabricante: Modelo: Tamanho: Número de estágios: Redução: Rotação máxima de entrada: Potência máxima de saída: Acoplamento de entrada: Máximo torque de saída: Força radial admissível: Código do fabricante: Peso:

Cestari Helimax 25 3 50:1 1800rpm 35,5cv Flange 275,33 kgfm 1427,6 kgf E25334P130010 ?

Seleção do motor A especificação de um motor elétrico, no que diz respeito à sua potência nominal, depende das características da carga a ser acionada, do ciclo de partida, e de fatores ligados ao aquecimento do motor. O regime mais comum no acionamento da máquina de levantamento é aquele de serviço intermitente, incluindo no seu ciclo de partida, regime e frenagem. A operação da máquina inclui, também, a maior parte das vezes, uma operação em carga e outra em vazio, esta sob o efeito apenas das cargas permanentes. Dados do motor: Fabricante: Modelo: Potência: Freqüência: Número de pólos: Conjugado: Tensão: Carcaça: Rotação: In: Rendimento (100%): Fator de potência (100%): Fator de serviço: Classe de isolamento: Ruído: Ip/In: Peso: Freio:

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WEG WISE 40cv 60Hz 8 326 Nm 440Vca 225S/M 880 rpm 52,0 A 91,5 0,83 1,15 F 60 dB(A) 7,7 365 kgf 35 kgf

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Seleção de freios a disco através do conjugado do motor, escolhidos, devem atender basicame nte a duas condições:

os

freios

a

serem

Fornecimento de momento de frenagem estático e dinâmico suficiente para parar o movimento; Absorção e dissipação para o ambiente da energia térmica proveniente das frenagens.

Mf = K 1 × Tm

Portanto:

Mf = 2,25 × 326

Mf = 733,5 Nm

Verificação da energia térmica: Calcular a Energia ( E ) gerada por uma frenagem isolada ( Joules):

Mf = Momento frenagem [Nm] E = 0,5 × Mf ×ϖ × T

Onde:

E = 0,5 × 733,5 × 92,15 × 2

ϖ = T =

Velocidade angular do disco [ra d/s] Tempo de frenagem [s]

E ≅ 67,6 kJ

Calcular a Energia média (Em) gerada por hora (Watts ):

E =

E × FH Em = 3.600 Em =

Onde:

67600 × 14 3.600

Energia Gerda (J)

HF = Numero de frenagens Horas

Em ≅ 262 ,85W

Para elevação será necessário um disco ventilado de 30 mm de espessura e 395 mm de diâmetro. Pelo catálogo da SIME, modelo adotado: 645. Código do fabricante: FED3 645 RA 30 D SP CP DA

PP PS1

Rodas Determinação do peso estimado da ponte Capacidade da ponte: Vão: Pelo ábaco: Acessórios: Total: Para cada roda:

Revisão Data Projetado Aprovado

25 tf 22 m 22 tf 8 tf 55 tf 13,75 ft

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C 07/12/08 Marcelo Pedro Sérgio

Trilho utilizado: Material Aço 1050

DIN 536

A-100

L=100mm

r= 8mm

σ r = 650MPa

PLim = 0,6075 daN / mm ² Velocidade

VT = 120 m

min

Conforme a norma NBR 8400 Caso I – Serviço normal e sem vento

Fr ≤ Plim × c1 × c2 bDr

19625 633,1Dr ≤ 0,486 ≤ 0,6075 × 1 × 0,8 31Dr Dr = 500mm Diâmetro da roda estimado

Dr ≥ 1303 mm

Rotação da roda

nr =

VT π × Dr

nr =

120 π × 0,5

nr = 76,4rpm

Pelas tabelas 30, 31 e 32

c1 = 0,85

c2 = 0,8

Fr ≤ Plim × c1 × c2 bDr

D≥

PLim = 0,72 daN / mm ²

R Plim × c1 × c 2 × b

D≥

13.750 0,72 × 0,85 × 0,8 × 84

Dr ≥ 334,33mm

Folga entre flanges de roda e trilho

f min = 10 + 0,4 × Vão

f min = 10 + 0,4 × 26

f min = 20,4mm

f máx = 50 mm

Roda utilizada

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b= 84mm

Potência para movimentação: Resistência ao rolamento:

wr =

µ×d + K 2 Dr 2

wr =

0,0015 × 100 + 0,5 2 500 2

wr = 2,3 × 10 −3 kgf

kgf

Resistência do atrito dos flanges da roda:

w f = 5 × 10 −3 kgf

kgf

Resistência de rolamento total:

R = G × ( wr + w f )

R = 55 .000 × ( 2,3 + 5) × 10 −3

R = 401,5 kgf

Potência necessária para translação:

NR =

R × VT 7,5

NR =

401,5 × 120 60 × 75

N R = 10,7cv

Momento torsor no eixo da roda motriz:

Mt = R×

Dr

M t = 401,5 × 0,5

2

2

M t = 100 ,375 kgfm

Potência necessária para aceleração:

G × VT 3600 × g × ta × 75 2

N AC =

N AC =

55.000 × 120 2 3600 × 9,8 × 5,6 × 75

N AC = 53,5cv

Potência do motor de translação

Nm =

N R + N AC 1,7 × η transm .

Nm =

10 ,7 + 53,5 1,7 × 0,97

N m = 38,93cv

Obs: Esta potência refere -se à total, sendo dividida entre dois motores.

N m' =

38,93 2

N m ' = 19 , 46 cv

Seleção do redutor Torque de saída: Rotação de Potência na Rotação de Relação de

saída: saída: entrada: redução:

Revisão Data Projetado Aprovado

100,375 kgfm 76,4 rpm 19,46 cv 870 rpm 11,5

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Dimensionamento Potência absorvida

Pa = 19,5cv

Fator de serviço: Aplicado em guincho de ponte rol ante com carregamento uniforme até 20 horas diárias

fs = 2,0

Potência nominal:

N n = Pa × fs

N n = 19,5 × 2,0

N n = 38,94 cv

Potencia do redutor a 900 rpm

N redutor = 71,07cv Potência térmica natural

Pgt = 76,43cv

Fator de temperatura ambiente: Temperatura de trabalho de 35 a 40 ºC de 2 estágios

– Redutor

fa = 0,65

Fator de duração de operação: tempo de trabalho maior de 10 horas diárias

fb = 1,0

Fator de correção para temperatura ambiente: A mbiente aberto e protegido do sol

fc = 1,3

Fator de aplicação: Em função de fs

fx = 0,84

Dimensionamentos por potência térmica

Pa ≤ Pgt × fa × fb × fc × fx 19,5 ≤ 76 ,43 × 0,65 × 1,0 × 1,3 × 0,84 19,5cv ≤ 54,25cv Ok! Atende a necessidade.

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Dados do redutor escolhido: Fabricante: Modelo: Tamanho: Número de estágios: Redução: Rotação máxima de entrada: Potência máxima de saída: Acoplamento de entrada: Máximo torque de saída: Força radial admissível: Código do fabricante:

Cestari Helimax 16 2 11,2:1 800rpm 35,5cv Flange 3.624,2 kgfm 3.571,5 kgf E16221P130010

Seleção do motor A especificação de um motor elétrico, no que diz respeito à sua potência nominal, depende das características da carga a ser acionada, do ciclo de partida, e de fatores ligados ao aquecimento do motor. O regime mais comum no acionamento da máquina de levantamento é aquele de serviço intermitente, incluindo no seu ciclo de partida, regime e frenagem. A operação da máquina inclui, também, a maior pa rte das vezes, uma operação em carga e outra em vazio, esta sob o efeito apenas das cargas permanentes. Dados do motor escolhido: Fabricante: WEG Modelo: WISE Potência: 20cv Freqüência: 60Hz Número de pólos: 8 Conjugado: 165 Nm Tensão: 440Vca Carcaça: 18 0L Rotação: 870 rpm In:26,5 A Rendimento (100%): 89,7 Fator de potência (100%): 0,83 Fator de serviço: 1,15 Classe de isolamento: F Ruído: 54 dB(A) Ip/In: 7,6 Peso: 181 kfg Eixo das rodas Material Aço SAE 1050 Trefilado Tensão admissível na flexão: 2300

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Kg/cm²

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Quanto à torção:

domín . = 3

Mt 0,2 × τ t

domín . = 3

10037 ,5 0,2 × 2300

do mín . = 20,0cm

Verificação quanto à flexão: Carga:

P = 13.500 kg

Vão livre: Vão carregado:

L = 50cm l = 19cm Q=P l C = 10cm

Carga distribuída: Afastamentos:

Q = 13.500

Q = 710 ,52 kg / cm

19

E = 2.000 .000 kg / cm

Mod. Elasticidade:

4

M. Inércia:

 do  J =   × 0,7854  2 

M. Resistente:

 do  W =   × 0,7854  2 

4

 20  J =   × 0,7854  2

3

Mf máx. =

M. fletor máx.:

J = 7854cm4

3

 20  W =   × 0,7854  2 

Q × C × (L − C ) 2

Mf máx. =

W = 785, 4cm 3

710,52 × 5 × (50 − 19 ) 2

Mf máx . = 55 .065 ,79 kg / cm

Wfnec. =

Mod. Resistência:

Fecha:

T. Flexão:

Flexa =

Q × L 5 × L3 × E × J 384

T flexão =

Mf W

Mf Tadm

55.065,79 2.300

Wf nec . = 23,95cm3

710,52 × 50 5 × 503 × 2 × 106 × 7854 384

Flexa = 0,003 mm

Wf nec . =

Flexa = T flexão =

55.065,79 785,4

T flexão = 70,12 kg / cm ²

T flexão (70,12kg / cm2 ) ≤ Tadm. (2300kg / cm2 ) ∴ OK!!

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Rolamentos Usaremos como referência o catálogo da NSK. Vida Nominal: 60.000 horas

fn = 0,85 fh = 4,2

Para rotação tem -se: Para vida nominal tem -se:

Fr = P = 6.750kgf = 66.150N

Força radial:

Cr ≥ fh

Portanto:

P fn

Cr ≥ 4,5

66.150 0,85

Co = fs × Cr

Capacidade de carga estática:

Cr ≥ 350 .205 ,9

Co = 1,5 × 350.205,9 Co ≥ 525 , 4 kN

Rolamento adotado: SKF – autocompensador de rolos –22316 E - 80 x 170 x 58 _ Co = 740 kN Freio Seleção de freios a disco através do conjugado do motor, escolhidos, devem atender basicamente a duas condições: Fornecimento de momento de movimento; Absorção e frenagens.

dissipação

para

os

freios

Mf = 2,25 × 165

o

ambiente

da

energia

térmica

proveniente

Mf = 317 ,25 Nm

Verificação da energia tér mica: Calcular a Energia ( E ) gerada por uma frenagem isolada ( Joules):

E = 0,5 × Mf ×ϖ × T E = 0,5 × 317 ,25 × 91,10 × 5,6

Onde:

Mf = Momento frenagem [Nm] ϖ = Velocidade angular do disco [rad/s] Tempo de frenagem [s] T = E ≅ 189 ,4 kJ

Calcular a Energia média (Em) gerada por hora (Watts ):

E =

Revisão Data Projetado Aprovado

serem

frenagem estático e dinâmico suficiente para parar o

Mf = K 1 × Tm

Portanto:

a

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Energia Gerda (J)

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das

Em =

E × FH 3.600

Em =

189400 × 14 3.600

Onde:

HF = Numero de frenagens Horas

E m ≅ 736 ,6W

Para elevação será necessário um disco ventilado de 40 mm de espessura e 495 mm de diâmetro. Pelo catálogo da SIME, modelo adotado: 655. Código do fabricante: FED3 655 RA 40 D SP CP DA PP PS1 Estrutura Introdução: Conforme solicitado na especificação, utilizaremos aço conforme ASTM Propriedade Módulo elástico Taxa de Paisson Módulo de cisalhamento Resistência a tração Densidade

Valor 2x10 11 0,26 7,93x10 10 4x108 7850

– A36

Unidade N/m 2 N/m 2 N/m 2 Kg/m 3

Propriedades do aço AS TM A36 Pesos a considerar Para o início dos cálculos das estruturas, devemos envolvidas e suas respectivas posições e direções.

considerar

todas

as

Estrutura de elevação: Descrição Capacidade de carga do mecanismo Painel elétrico Tambor Redutor de velocidades Motor elétrico Freio Barra de carga Eletroimãs Acessórios Viga principal Peso total

Revisão Data Projetado Aprovado

Quantidade 2

Peso 12.500 kgf

Total 25.000 kgf

1 1 2 2 2 2 17 2 1 -

250 kgf 295 kgf 380 kgf 365 kfg 35 kgf 1.800 106,6 kgf 240 kgf 12.000 kgf -

250 kfg 590 kgf 1.360 kgf 730 kgr 70 kgf 3.600 kgf 1.492,4 kgf 480 kgf 24.000 kfg 55.600 kgf

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cargas

Estrutura de translado: Descrição Peso total da ponte Motor elétrico Freio Redutor de velocidades Viga de trasnlado Peso total

Quantidade 2 2 2 2 -

Peso 181 kfg 35 kgf 200 kgf 900 kgf -

Total 55.600 kgf 262 kgr 70 kgf 400 kgf 1.800 kgf 58.132 kgf

Definição do grupo A classe de utilização é selecionada de acordo com o tipo de máquina. No nosso caso, temos uma máquina que trabalhará com alta freqüência, então adotamos classe D - serviço intensivo severo em mais de um turno.

O estado de Carga é selecionado de acordo com a força que a máquina fará normalmente, então adotamos estado 2 - levantamento de cargas de 1/3 a 2/3 da nominal.

Mesclando estes dados na tabela da NBR, obtemos o grupo de estruturas 6.

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Dimensionamento da viga principal

Solicitações: Peso próprio, estimado: Carga de serviço: Movimento vertical

SG = 24.000 kgf SL = 38.000 kgf

SV = Mx × (( SL × Ψ ) + SG )

Em segui da determinamos o coeficiente de majoração na tabela 10 da NBR, que neste caso é: 1

Sendo assim podemos calcular a solicitação devido ao movimento vertical:

SV = 1 × ((38.000 ×1,15) + 24.000)

SV = 67.700 kgf

Para facilitar os cálculos consideraremos a carga d a ponte com distribuída assim: Vão entre trilhos: 22.0 m Carga vertical no vão: 72.000 kgf Carga distribuída: 3.273 kgf/m

Revisão Data Projetado Aprovado

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Efeitos horizontais devidos a aceleração e desacelação:

Fy = 72 .000 × 0,22

Fy = M ponte × aceleração

Fy = 15.840 kgf

Distribuindo a carga temos: 720 kgf/m Força transversal devido ao rolamento:

Fr = 401,5kgf

Razão entre o vão da ponte e a distancia entre rodas do mesmo truque gráfico x = 0,2

Fx = FR × ξ

Fx = 401,5 × 0,2

V / a = 7 pelo

Fx = 80,3kgf

Fecha máxima da viga:

Flecha máx = V

1000

Flecha máx = 22m

1000

Flecha máx = 2,2cm

Momento fletor devido ao SV para cada viga:

Mf =

Ql 2 8

Mf =

19 ,725 × 2200 2 8

Mf = 10.723 .625 kgf / cm

Seleção da viga principal Momento de inércia ma maior secção

I=

B × h3 12

Para esse caso faremos uma estimativa e posteriormente uma verificação Comprimentos: L1 L2 L3 L4

600 mm 600mm 1000 mm 1000 mm

Espessuras da chapas 1 2 3 4

#19,05mm #19,05 mm #25,4 mm #25,4 mm

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Secção Y -Y

Secção vazada

B = 60 cm h = 100 cm

I=

60,0 × 100 3 12

B = 56,19 cm h = 94,92 cm

I=

56 ,19 × 94 ,92 3 12

I = 5,0 × 10 6 cm 4

I = 4, 0 × 10 6 cm 4

I Total = 1 × 10 6 cm 4 Para duas vigas temos:

I Total = 2 × 10 6 cm 4 Flecha:

Fl 2 =

5 ×Q × l4 384 × Eaço × Jxx

Fl 2 =

5 × 19 ,725 × 2200 4 384 × 2,1 × 10 6 × 2 × 10 6

Fl2 = 1,43cm

Fl 2 = 1, 43 cm ≤ Fmáx = 2, 2 cm Portanto a secção adotada atende as solicitações. Para os cálculos de reações e momentos, utilizamos o software MDSolids, nele é possível distribuir as cargas e o peso próprio, obtendo os gráfico s de reações de apoio, forças cortantes e momentos fletores como mostra a figura abaixo: Viga principal com peso próprio e cagas de elevação

P1 = P2 = P3 = P4 = 74.887,7 N

Revisão Data Projetado Aprovado

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W1 = 32.075.4 N/m AY

A 24/11/08 Marcelo Pedro Sérgio

=

By

=

403.604,8 N

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Diagrama de força cortante [N]

Diagrama de momento fletor [Nm] Quanto a flexão

Wxx =

I Dist .

Wxx =

MF = 2 ,93 × 10 6 Nm

σ f = Mx ×

ψ × Mf ≤ Wxx

σf = 101 .1MPa σf ≤ σfe 1,5

∴

5 × 10 6 cm 4 150 cm

Wxx = 33,33 × 10 3 cm 3

MF = 29 ,877 × 10 6 kgfcm

1,15 × 29 ,877 × 10 6 σfe σf = 1× 33,33 × 10 3 3×1,5

σ f = 250 MPa

σfe 1,5

σ f = 1 .030 ,856 kgf / cm 2

= 166 ,7 MPa

Dimensionamento de Flexão atende do projeto.

Revisão Data Projetado Aprovado

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A 24/11/08 Marcelo Pedro Sérgio

C 07/12/08 Marcelo Pedro Sérgio

Quanto ao cisalhamento

τf = Mx ×

ψ × Rf ≤ AC

σfe 3 ×1,5

σ fe

τf = 13,42 MPa τf ≤ σfe

3 ×1,5

τf = 1 ×

∴

1,15 × 5 × 10 4 720

3 ×1,5

τf = 136 ,9 kgf / cm 2

= 173 MPa

Dimensionamento de Flexão atende do projeto.

Barra de carga Solicitações Peso próprio, estimado: Carga de serviço: Movimento vertical

SG = 1.800 kgf SL = 5.8000 kgf

SV = Mx × (( SL × Ψ ) + SG )

Em seguida determinamos o coeficiente de majoração na ta bela 10 da NBR, que neste caso é: 1

Sendo assim podemos calcular a solicitação devido ao movimento vertical:

SV = 1 × ((5.800 × 1,15) + 1.800 )

SV = 8.470 kgf

Para facilitar os cálculos consideraremos a carga da ponte com distribuída assim: Vão: 9.0 m Carga vertical no vão: 15.000 kgf Carga distribuída: 1.666,67 kgf/m

Revisão Data Projetado Aprovado

0 02/10/08 Marcelo Pedro Sérgio

A 24/11/08 Marcelo Pedro Sérgio

C 07/12/08 Marcelo Pedro Sérgio

Efeitos horizontais devidos a aceleração e desacelação:

Fy = M barra × aceleração

Fy = 15.000 × 0,22

Fy = 3.300 kgf

Distribuindo a carga temos: 366,7 kgf/m Fecha máxima da viga:

Flecha máx = V

Flechamáx = 9m

1000

1000

Flecha máx = 0,9cm

Momento fletor devido ao SV para cada viga:

Mf =

Ql 2 8

Mf =

2,13 × 900 2 8

Mf = 215 .6662 kgf / cm

Seleção da barra de carga Momento de inércia ma maior secção

I=

B × h3 12

Para esse caso faremos uma estimativa e posteriormente uma verificação Comprimentos: L1 L2 L3 L4

200 mm 200mm 300 mm 300 mm

Espessuras da chapas 1 2 3 4

#12,7 mm #12,7 mm #9,252 mm #9,252 mm

Secção Y -Y

Secção vazada

B = 20 cm h = 30 cm

B = 16,09 cm h = 27,46 cm

I =

20 × 30 3 12

I =

16 ,09 × 27 , 46 3 12

I = 45 ,0 × 10 3 cm 4

Revisão Data Projetado Aprovado

I = 27 , 763 × 10 3 cm 4

0 02/10/08 Marcelo Pedro Sérgio

I Total = 17 , 23 × 10 3 cm 4

A 24/11/08 Marcelo Pedro Sérgio

C 07/12/08 Marcelo Pedro Sérgio

Para duas vigas temos:

I Total = 34 , 473 × 10 3 cm 4

Flecha:

Fl 2 =

5 ×Q × l4 384 × Eaço × Jxx

Fl 2 =

5 × 5,58 × 900 4 384 × 2,1 × 10 6 × 34, 473 × 10 3

Fl 2 = 0,658cm

Fl 2 = 0, 658 cm ≤ Fmáx = 0,9 cm Portanto a secção adotada atende as solicitações. Para os cálculos de reações e momentos, utilizamos o software MDSolids, nele é possível distribuir as cargas e o peso próprio, obtendo os gráficos de reações de apoio, forças cortantes e momentos fletores como mostra a figura abaixo: Barra de carga com peso próprio e cagas de elevação

P1 = P2 = 142.423 N

W1 = 2.205 N/m

AY = By

= 70.070

146.833 N

Diagrama de força cortante [N]

Diagrama de momento fletor [Nm]

Revisão Data Projetado Aprovado

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C 07/12/08 Marcelo Pedro Sérgio

Quanto a flexão

Wxx =

I Dist .

Wxx =

34 ,473 × 10 3 cm 4 50 cm

MF = 87 .570 Nm σ f = Mx ×

ψ × Mf ≤ Wxx

MF = 892 ,9 × 10 3 kgfcm

σfe 1,15 × 892 ,9 × 10 3 σf = 1× 689 , 46 3 ×1,5

σf = 146 MPa σf = 250 MPa σf ≤ σfe

Wxx = 689 , 46 cm 3

σfe 1,5

σ f = 1 .490 kgf / cm 2

= 166 ,7 MPa

1,5 ∴ Dimensionamento de Flexão atende do projeto.

Truque Solicitações: Peso próprio, estimado: Carga de serviço: Movimento vertical

SG = 900 kgf SL = 15.000 kgf

SV = Mx × (( SL × Ψ ) + SG )

Em seguida determinamos o coeficiente de majoração na tabela 10 neste caso é: 1

da NBR, que

Sendo assim podemos calcular a solicitação devido ao movimento vertical:

SV = 1 × ((15.000 × 1,15) + 900 )

Revisão Data Projetado Aprovado

SV = 18 .150 kgf

0 02/10/08 Marcelo Pedro Sérgio

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C 07/12/08 Marcelo Pedro Sérgio

Para facilitar os cálculos consideraremos a carga da ponte com distribuída assim: Vão: 4.0 m Carga vertical no vão: 15.000 kgf Carga distribuída: 3.750 kgf/m Efeitos horizontais devidos a aceleração e desacelação:

Fy = M barra × aceleração

Fy = 15.000 × 0,22

Fy = 3.300 kgf

Distribuindo a carga temos: 366,7 kgf/m Fecha máxima da viga:

Flecha máx = V

1000

Flecha máx = 4m

1000

Flecha máx = 0,4cm

Momento fletor devido ao SV para cada viga:

Mf =

Ql 2 8

Mf =

2,13 × 400 2 8

Mf = 42.600 kgf / cm

Seleção da barra de carga Momento de inércia ma maior secção

I=

B × h3 12

Para esse caso faremos uma estimativa e posteriormente uma verificação Comprimentos: L1 L2 L3 L4

600 mm 600mm 800 mm 800 mm

Espessuras da chapas 1 2 3 4

#12,7 mm #12,7 mm #9,252 mm #9,252 mm

Revisão Data Projetado Aprovado

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C 07/12/08 Marcelo Pedro Sérgio

Secção Y -Y

Secção vazada

B = 60 cm h = 80 cm

I=

60 × 80 3 12

B = 57,46 cm h = 78,15 cm

I=

57 ,46 × 78 ,15 3 12

I = 2 .560 × 10 3 cm 4

I = 2 .285 , 45 × 10 3 cm 4

I Total = 274 ,55 × 10 3 cm 4 Para duas vigas temos:

I Total = 549 ,10 × 10 3 cm 4 Flecha:

Fl 2 =

5 ×Q × l4 384 × Eaço × Jxx

Fl 2 =

5 × 50 ,75 × 400 4 384 × 2,1 × 10 6 × 549 ,10 × 10 3

Fl 2 = 0,0146 cm

Fl 2 = 0 ,0146 cm ≤ Fmáx = 0, 4 cm Portanto a secção adotada atende as solicitações. Para os cálculos de reações e momentos, utilizamos o software MDSolids, nele é possível distribuir as cargas e o peso próprio, obtendo os gráficos de reações de apoio, forças cortantes e mom entos fletores como mostra a figura abaixo: Barra de carga com peso próprio e cagas de elevação

P1 = P2 = P3 = P4 = P5 = P6 = P7 = 17.500 N

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W1 = 17.640 N/m

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AY = By

=

70.070 N

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Diagrama de força cortante [N]

Diagrama de momento fletor [Nm] Quanto a flexão

Wxx =

I Dist .

Wxx =

MF = 111 .063 ,88 Nm σ f = Mx ×

ψ × Mf ≤ Wxx

σf = 23,21MPa σf ≤ σfe 1,5

∴

274 ,55 × 10 3 cm 4 50 cm

Wxx = 5. 490 cm 3

MF = 1,133 × 10 6 kgfcm

1,15 × 1,133 × 10 6 σfe σ f = 1× 5 .490 3 ×1,5

σf = 250 MPa

σfe 1,5

σ f = 236 , 7 kgf / cm 2

= 166 ,7 MPa

Dimensionamento de Flexão atende do projeto.

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Controles e Funcionamento Funcionalidades: Todo projeto tem como objetivo atender a uma dificuldade, a fim de facilitar tarefas. Esta ponte rolante tem como objetivo o transporte de chapas dentro de um estoque. Logo temos as funções de comando simples: - Elevação: sobe / desce - Translação: frente / fundo - Eletroímã: mag. / desmag. Os freios dos sistemas de elevação e translação são automáticos, mas com a possibilidade de ativação de emergência por conta do usuário. Equipamentos de controle Em todos os motores, há instalado um “encoder” que tem como função monitorar a rotação, enviando uma contagem de pulsos ao sistema de alimentação dos motores. Estes sistemas de alimentação são os inversores de freqüência , que controlam o torque e rotação dos motores, para que haja um sincronismo entre osmecanismos e também uma rampa de aceleração e desaceleração suave. Há também sensores de fim-decurso na elevação e na translação, evitando choques. Este sistema é controlado pelo usuário por meio de uma botoeira contendo 7 botões nesta sequência: -

Frente Fundo Sobe Desce Magnetiza Desmagnetiza (botão protegido contra acidentes) Emergência

Diagrama lógico: Todas as funções são intertravad as, ou seja, uma dependendo da outra, sendo assim montamos a seguinte lógica:

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Diagrama lógico de diagnóstico

Diagrama de blocos do sistema elétrico

Lubrificação Plano de lubrificação Para um funcionamento satisfatório do equipamento, no que diz respeito a durabilidade e desempenho, faz -se necessário um plano de lubrificação adequado. Obedecendo a quantidade e freqüência correta. Sistema de translação:

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Sistema de elevação:

Manutenção preventiva: Para o correto funcionamento do equ ipamento alguns cuidados devem ser tomados, levando em conta vida útil dos componentes utilizados.

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