Sistema de monitorização em linha do estado dos dispositivos de fixação aos carris das pontes rolantes, com feedback da posição de abertura e fecho e sistema de controlo remoto

O dispositivo de fixação aos carris é um dispositivo de segurança essencial para a proteção contra o vento e o deslizamento das pontes rolantes,GB/T 3811-2008 «Disposições Essenciais da Norma de Concepção de Gruas»É obrigatório que as gruas utilizadas em trabalhos ao ar livre estejam equipadas com dispositivos de fixação aos carris ou dispositivos de ancoragem. Os dispositivos de fixação aos carris tradicionais dependem da intervenção manual e da inspeção visual do operador, o que acarreta riscos de fixação inadequada, libertação incompleta e esquecimento de realizar a operação. O sistema KL-RAIL-CLAMP instala um sensor de ângulo magnético (resolução de 0,1°) no eixo de rotação do braço de fixação, na boca da pinça é instalado um sensor de pressão de película (faixa de medição de 0 a 50 kN, precisão de ±1,51 TP3TFS) e, na lateral do carril, é instalado um interruptor de fim de curso indutivo (distância de deteção de 4 mm). Através de um esquema de deteção triplamente redundante, garante-se a identificação 100% fiável do estado de abertura e fecho. O sistema suporta simultaneamente o controlo manual remoto e o controlo automático interligado à velocidade do vento, com um tempo de resposta a situações anormais de<2 segundos; já foi implementado em mais de 20 pontes rolantes em portos e empresas siderúrgicas.

Composição do sistema e implantação dos sensores

O sistema KL-RAIL-CLAMP dispõe de três conjuntos de sensores em cada dispositivo de fixação de carris. O sensor de ângulo (codificador magnético, resolução de 0,1°, grau de proteção IP67) estão instalados na extremidade do eixo de rotação do braço de fixação e medem, de forma não contactiva através de ímanes e chips Hall, o ângulo de abertura e fecho do braço de fixação — o ângulo na posição totalmente aberta é de 0° ± 2°, enquanto o ângulo na posição totalmente apertada varia entre 45° e 55° (dependendo do tipo de carril). O sensor de força de fixação (sensor de pressão de película, área efetiva de Φ30 mm, intervalo de medição de 0 a 50 kN, precisão de ±1,51 TP3TFS) está fixado por baixo da camada de borracha que se encontra na superfície de contacto entre a mandíbula e o carril; esta camada é constituída por borracha nitrílica NBR (espessura de 10 mm, dureza Shore 70A), o que proporciona uma interface de fixação com um coeficiente de atrito ≥ 0,4 e protege o sensor do contacto direto com a superfície metálica do trilho. O interruptor de fim de curso (indutivo, distância de deteção de 4 mm, precisão de repetição de 0,1 mm) está instalado na lateral do trilho, no ponto correspondente à posição de abertura total do dispositivo de fixação, servindo como confirmação física da posição aberta.

Cada conjunto de sensores é ligado à caixa de controlo local (dimensões: 300 × 250 × 150 mm, grau de proteção IP54) através de uma caixa de ligação à prova de água IP67. A caixa de controlo inclui um PLC integrado (Siemens LOGO! 8 ou equivalente nacional) e um módulo DTU 4G. O PLC é responsável pela recolha de sinais dos três canais de sensores, pela votação lógica «três de dois» e pelo interbloqueio por ligação direta com o PLC principal da estação espacial. Os dados dos sensores são simultaneamente transmitidos através de Modbus RTU para o módulo DTU 4G, sendo enviados para a plataforma na nuvem a cada 5 segundos. O design triplamente redundante da Krude Heavy Industry garante que, mesmo em caso de falha de um único sensor (por exemplo, se um interruptor de fim de curso ficar preso por um corpo estranho), o sistema continue a poder determinar o estado real do dispositivo de fixação da via através da combinação lógica dos sensores de ângulo e de força, com uma taxa de tolerância a falhas de 99,971 TP3T. A adaptação completa dos sensores e controladores de um único dispositivo de fixação de carris pode ser concluída em 4 horas.

Detecção da posição de abertura e fecho e monitorização da força de fixação

A deteção da posição de abertura e fecho é efetuada através de uma dupla confirmação por sensor angular e interruptor de fim de curso. O sensor angular monitoriza continuamente o ângulo de abertura e fecho do braço de fixação; o estado normal de abertura é de 0° ± 2° (com a boca do grampo a cerca de 30 mm da lateral do carril), e o estado normal de fixação é de 48° ± 5° (com a boca do grampo a pressionar o carril). Quando o valor do ângulo se situa no intervalo intermédio (5° a 43°), considera-se que existe uma situação anómala de «meio aberto, meio apertado», e o sistema emite imediatamente um aviso amarelo, que é enviado para a aplicação móvel do operador. O interruptor de fim de curso é acionado quando o dispositivo de fixação da via está completamente aberto (distância de deteção(saída <4 mm ligada), é ligado em série ao circuito de autorização de funcionamento da ponte rolante como sinal de confirmação do equipamento elétrico — se o dispositivo de fixação dos carris não estiver totalmente aberto, o interruptor de fim de curso não conduz a corrente, pelo que o circuito de acionamento do carro da ponte rolante não recebe alimentação, o que elimina de raiz os acidentes decorrentes do arranque com o dispositivo de fixação dos carris ainda ativado.

O sensor de força de fixação fornece feedback em tempo real sobre a força de pressão exercida pelas garras sobre o carril. A força de fixação de segurança é calculada com base no peso próprio do guindaste e na classe de trabalho. Tomando como exemplo um guindaste de pórtico de 32 t, a força de fixação mínima de cada dispositivo de fixação de carris é ≥ 15 kN (o que corresponde a uma força antideslizamento ≥ 12 kN com um coeficiente de atrito de 0,4, cobrindo a carga de vento horizontal de um guindaste desta tonelagem sob ventos de classe 6). O sistema define um limite inferior de força de fixação de 10 kN e um limite superior de 30 kN: quando o valor é inferior ao limite inferior, considera-se que a força de fixação é insuficiente (desgaste das garras ou mecanismo hidráulico/manual não pressionado); quando o valor é superior ao limite superior, considera-se que a fixação é excessiva (podendo danificar o carril ou a estrutura das garras). Os dados da força de fixação são também utilizados para estimar o grau de desgaste da camada de borracha das garras — quando a compressão da camada for >2 mm (determinada pelo aumento da leitura do sensor angular para a mesma força de fixação), é apresentado um aviso para substituir a camada. O sistema gera automaticamente, a cada 24 horas, um relatório de estado do dispositivo de fixação de carris, incluindo o número de fixações/desfixações do dia, a força de fixação média e estatísticas de eventos anormais.

Lógica de interligação entre o controlo remoto e a velocidade do vento

O sistema KL-RAIL-CLAMP suporta dois modos de funcionamento: o controlo manual remoto e o controlo automático interligado à velocidade do vento. Modo manual remoto: o operador introduz comandos de fixação/desfixação através de uma aplicação móvel ou de uma interface Web; os comandos são encriptados pela plataforma na nuvem e enviados para o PLC da caixa de controlo local, sendo que o PLC aciona o motor do dispositivo de fixação elétrico (trifásico, 380 V, 0,55 kW) para executar a ação. O sistema possui um bloqueio de segurança de operação — só é permitido executar a instrução de fixação quando a plataforma na nuvem deteta que a grua está atualmente em estado de paragem (corrente do motor = 0 e o travão da grua está acionado); só é permitido executar a instrução de libertação quando o dispositivo de fixação do carril estiver completamente solto e o interruptor de fim de curso estiver ativado. Durante todo o processo, são registados a conta do operador, a hora e o resultado da ação, formando um registo de auditoria de operações não alterável.

Lógica automática ligada à velocidade do vento: o sistema acede aos dados do anemómetro da fábrica através da plataforma na nuvem (ou acede localmente ao sinal de 4 a 20 mA do anemómetro) e, quando a velocidade do vento excede o limiar definido, aciona automaticamente o sistema de fixação. O limiar é dividido em dois níveis:

Limiar de nível 1(Velocidade do vento de 15 m/s, correspondente a vento de força 7) — Ativa um alerta amarelo e envia uma notificação no aplicativo com a mensagem ”Recomenda-se apertar bem”.

Limiar de nível 2(Velocidade do vento de 20 m/s, correspondente a um vento de força 8) — Aciona a ordem de fixação automática e, em simultâneo, o PLC principal da grua suspensa bloqueia o funcionamento da grua.

A ordem de libertação é executada automaticamente após a velocidade do vento ter descido para um valor inferior ao limiar e se ter mantido assim durante ≥10 minutos. O sistema regista simultaneamente o número acumulado de acções do dispositivo de fixação dos carris (o dispositivo de fixação elétrico tem uma vida útil nominal de ≥10⁵ acções); quando o número acumulado de acções atingir 80% da vida útil nominal, é emitido um aviso para agendar a manutenção. Após a implementação do sistema numa grua de porta de 40 t de um determinado porto, este realizou com sucesso três travamentos automáticos durante a época dos tufões (velocidade máxima do vento de 23,5 m/s), garantindo a segurança do equipamento e evitando, ao mesmo tempo, o risco de acidentes de trabalho decorrentes da operação manual sob chuva.

Comparação entre tipos de pinças de fixação e soluções de adaptação

Comparação de técnicas de deteção

Cenários de aplicação e casos práticos

O sistema KL-RAIL-CLAMP é adequado para todas as pontes rolantes ao ar livre e gruas de pórtico equipadas com dispositivos de fixação aos carris, sendo especialmente indicado para portos costeiros sujeitos a tufões frequentes, parques de armazenamento ao ar livre com rajadas de vento intensas e cenários de pontes rolantes automatizadas sem pessoal. O sistema é compatível com três tipos de dispositivos de fixação aos carris: manuais de parafuso, elétricos com cilindro de empurrar e hidráulicos. Para a modernização de dispositivos de fixação manuais antigos, o sistema disponibiliza um kit de conversão para eletrificação (incluindo um atuador elétrico, um conjunto de sensores e um controlador); após a conversão, a alavanca de comando manual é mantida como sistema de reserva de emergência (ao soltar a alavanca, o circuito elétrico é automaticamente desligado), sendo que a modernização pode ser concluída no prazo de um dia útil. Não altera a resistência da estrutura mecânica original nem afeta a certificação de segurança do equipamento.

Num caso de remodelação dos dispositivos de fixação manuais de 8 guindastes de porta de 40 t num porto costeiro, antes da instalação do sistema, ocorriam anualmente 2 a 3 acidentes de desligamento por sobrecarga do motor do carro de ponte, causados pela não libertação dos dispositivos de fixação (custos de reparação de cerca de 12 000 ¥ por ocorrência). Nos 12 meses após a remodelação, não se registou qualquer acidente relacionado com os dispositivos de fixação dos carris. Durante a época dos tufões desse ano (junho a setembro), o sistema ativou a fixação automática 5 vezes, com a velocidade máxima do vento a que a fixação automática foi acionada a atingir 28,5 m/s (vento de força 10); todas as fixações foram concluídas antes da chegada dos ventos fortes, garantindo a segurança das gruas de porta. O departamento de equipamentos deste porto planeia instalar este sistema em todas as restantes 23 gruas de pórtico. O sistema de monitorização de dispositivos de fixação à via da Krud Heavy Industry já foi implementado e está em funcionamento em mais de 50 gruas de pórtico, distribuídas por 6 portos e 8 empresas siderúrgicas na China.

Perguntas frequentes