Curvas acentuadas e rodas para cargas pesadas — os três desafios que o projeto de um mecanismo de deslocamento não normalizado tem de superar
📌 Condições de funcionamento especiais do mecanismo de deslocamento de gruas não normalizadas: raio mínimo da curva dos carris R = 3 a 10 m, aumento da bitola de 5 a 15 mm; São permitidas inclinações acentuadas de 5% a 15%, com um aumento da potência de acionamento de 20% a 40%; o diâmetro das rodas para cargas pesadas pode atingir os 800 mm, com uma dureza da banda de rodagem de HRC 45 a 55.A Krude Heavy Industry acumulou experiência em matéria de conceção e soluções de engenharia para estes três principais desafios em projetos não normalizados, tais como vias circulares, ligações em rampa e cargas de tonelagem extremamente elevada.
Uma das principais diferenças entre as gruas não normalizadas e as gruas normalizadas reside no facto de o mecanismo de deslocamento ter de se adaptar a diversas condições especiais dos carris e ambientes de funcionamento. Entre estes, a circulação em carris curvos, a circulação em grandes inclinações e a conceção de rodas para cargas pesadas são os três desafios técnicos mais comuns, sendo também os desafios mais facilmente subestimados na conceção não normalizada. Os trilhos curvos envolvem o raio de curvatura dos trilhos, o alargamento da bitola e o ajuste da folga entre o rebordo da roda e o trilho; as grandes inclinações envolvem a verificação da capacidade de subida, a segurança da travagem e as medidas antiderrapantes; as rodas para cargas pesadas envolvem o ajuste do diâmetro, a dureza da banda de rodagem, a vida útil dos rolamentos e a distribuição da pressão da roda. Este artigo analisa, um a um, estes três obstáculos de conceção.
Concepção do mecanismo de deslocamento em trilhos curvos
A circulação em carris curvos é uma das formas especiais de carris mais comuns nas gruas não normalizadas, sendo utilizada principalmente em cenários como instalações industriais circulares, silos de armazenamento circulares e ligações a linhas de produção. Os parâmetros essenciais do projeto dos carris curvos sãoRaio mínimo de curvatura R, cujo valor está relacionado com a envergadura do guindaste, a velocidade de deslocamento e a distância entre eixos das rodas. Com base na experiência de engenharia, o valor de R é de 3 a 10 m; quanto menor for o raio, mais difícil será a curva e maior será a força transversal exercida pelas rodas sobre os carris. A bitola do troço de via curvo deve ser alargada em 5 a 15 mm (desvio do carril interior em direção ao centro do arco), sendo o alargamento calculado segundo a fórmula delta = L²/(8R), em que L é a distância entre eixos e R é o raio de curvatura.
A conceção do mecanismo de deslocamento em curvas inclui ainda o controlo da folga entre o rebordo da roda e o carril. A folga padrão nos troços retos é de 8 a 12 mm, devendo ser aumentada para 15 a 25 mm nos troços curvos. Para auxiliar nas curvas, costuma-se instalar rodas de orientação horizontais nas vigas terminais; estas rodas entram em contacto com a face lateral do carril nos troços curvos, gerando uma força de orientação transversal. Recomenda-se a disposição de rodas motrizes em ambos os lados, para evitar que a tração unilateral provoque o encravamento do carril nos troços curvos. A velocidade de deslocamento nos troços curvos é geralmente mantida abaixo dos 20 m/min. A Krud Heavy Industry acumulou uma vasta experiência na movimentação em trilhos curvos no âmbito do projeto personalizado de guindastes de trilhos circulares, que pode ser consultadaGuia completo para o projeto de guindastes de via circular não normalizados。
Conceção de um mecanismo de deslocamento em declives acentuados
As gruas não normalizadas que operam em grandes inclinações surgem geralmente em secções de ligação inclinadas entre fábricas e plataformas de carga e descarga, no transporte em inclinação entre a zona portuária e os armazéns, bem como em vias férreas inclinadas em zonas mineiras. O intervalo de inclinação previsto situa-se entre 5% e 15%; quando a inclinação exceder 10%, a capacidade de subida deve ser calculada individualmente para cada guindaste. A força motriz necessária para subir a inclinação é F = G * sin(theta) + f * G * cos(theta), representando um aumento de 20% a 40% em relação à força necessária para a operação em trechos planos. A potência do motor aumenta em conformidade e, simultaneamente, o controlador necessita de incorporar lógica de controlo de aceleração e desaceleração em inclinação para suprimir os impactos.
A conceção de segurança para a circulação em declives acentuados é mais desafiante do que a dos trilhos curvos.Binário de travagem do travãoDeve ser efetuado o cálculo com base nas condições limite de paragem em declive, aumentando os valores de 30% a 50%. É necessário equipar o guindaste com dispositivos antiderrapantes (pinças de fixação ou batentes), para impedir que o guindaste deslize ao longo dos carris em caso de falha dos travões. Durante a circulação em descida, deve ser utilizado um controlo coordenado entre a travagem elétrica (travagem de corrente contínua por inversor ou travagem por resistência) e a travagem mecânica, para evitar o sobreaquecimento das pastilhas de travão resultante da utilização isolada da travagem mecânica. Quando o comprimento do troço inclinado for superior a 5 m, devem ser instaladas plataformas de manutenção e passagens de segurança.
Cálculo do projeto de rodas para cargas pesadas
A dificuldade no projeto das rodas para cargas pesadas de guindastes não normalizados reside na relação de correspondência entre o diâmetro da roda e a pressão da roda. A escolha do diâmetro da roda afeta diretamente a tensão de contacto, a vida útil dos rolamentos e a altura total da máquina. De acordo com a norma GB/T 23260-2009 «Rodas para guindastes», o diâmetro das rodas é selecionado consultando a tabela de pressão de rodagem: para pressões de rodagem iguais ou inferiores a 200 kN, seleciona-se um diâmetro de 250 a 400 mm; para 200 a 350 kN, seleciona-se 400 a 630 mm; e para 350 a 500 kN, seleciona-se 630 a 800 mm. A dureza da superfície de contacto deve ser de HRC 45 a 55, com uma profundidade da camada de têmpera não inferior a 15 mm. A vida útil dos rolamentos é calculada de acordo com a norma ISO 281, devendo ser igual ou superior a 10 000 horas (nível de serviço M6).
O material utilizado nas rodas para cargas pesadas é o aço fundido ZG42CrMo ou ZG55, submetido a um tratamento de têmpera e revenimento, seguido de um processo de têmpera por radiofrequência média na superfície de contacto. O rebordo da roda pode ser equipado com um sistema de lubrificação automática, reduzindo o desgaste entre o rebordo e a face lateral do carril. A capacidade de auto-alinhamento da caixa de rolamentos angulares é fundamental para as rodas de carga pesada — quando a irregularidade do carril provoca uma carga assimétrica na roda, os rolamentos de auto-alinhamento compensam automaticamente os desvios de montagem, reduzindo o desgaste irregular do rebordo. Na conceção de conjuntos de rodas para gruas de tonelagem extremamente elevada, a Krud Heavy Industry recorre ainda a um acionamento por acoplador dentado para compensar os desvios de alinhamento entre as rodas e os motores. No que diz respeito à conceção global do mecanismo de deslocamento de gruas não normalizadas, pode consultar-seConceção das vigas de extremidade e dos conjuntos de rodasCapítulo sobre o cálculo da pressão do rolo central.
Comparação dos pontos-chave do projeto para três condições de funcionamento especiais
| Dimensões do design | Deslocamento em curvas | Caminhar em declives acentuados | Rodas para cargas pesadas |
|---|---|---|---|
| Parâmetros principais | R = 3 a 10 m, alargamento da bitola de 5 a 15 mm | Inclinação de 5% a 15%, aumento de potência de 20% a 40% | Diâmetro de 200 a 800 mm, dureza HRC 45 a 55 |
| Medidas de segurança | Rodas de orientação horizontal, tração bilateral | Freios 30%~50%, sistema antiderrapagem | Rolamentos auto-alinhantes, lubrificação automática dos aros das rodas |
| Limite de velocidade | No troço de curva, a velocidade é inferior a 20 m/min | No troço em declive, a velocidade é inferior a 15 m/min | Determinado de acordo com o nível profissional |
| Normas de conceção | Capítulo sobre a conceção de vias férreas da norma GB/T 3811 | Capítulo sobre mecanismos de accionamento da norma GB/T 3811 | Norma GB/T 23260 relativa às rodas |
| Cenários típicos | Fábricas circulares, silos de armazenamento circulares | Rampa de ligação à fábrica, transbordo no cais | Guindastes de grande tonelagem (50 t+) |
| Ciclo de manutenção | Verificar mensalmente as rodas-guia e a largura da via | Verificar semanalmente os travões e o sistema antiderrapagem | Verificar trimestralmente o desgaste da banda de rodagem e a folga dos rolamentos |
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Raio da curva R = 3 a 10 m. Se o raio for insuficiente, as rodas ficam presas nos carris, sendo necessário aumentar a folga do rebordo da roda ou instalar rodas de orientação horizontais. Nos troços em curva, o espaçamento entre os dormentes deve ser reduzido para 500 mm. |
Limite de inclinação 5%~15%. Quando o valor for superior a 10%, é necessário verificar a capacidade de subida em inclinação; a potência de acionamento aumenta entre 20% e 40% e a potência do travão aumenta entre 30% e 50%. |
Diâmetro das rodas Para diâmetros entre 200 e 800 mm, consultar a tabela de pressão por roda. Quanto maior for o diâmetro, menor será a tensão de contacto, mas a altura da viga terminal aumenta, pelo que é necessário ponderar todos estes fatores. |
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Têmpera da superfície de contacto HRC 45~55, têmpera por média frequência, com camada de endurecimento igual ou superior a 15 mm. Se o desgaste da superfície de contacto exceder o diâmetro original 7% (segundo os critérios de avaliação da norma GB/T 5972), é necessário substituir. |
Vida útil do rolamento Rolamentos de rolos auto-alinhantes, com vida útil calculada segundo a norma ISO 281 igual ou superior a 10 000 h (classe M6). É importante garantir a estanqueidade e a lubrificação periódica. |
Soluções de lubrificação O sistema de lubrificação automática das jantes reduz o desgaste irregular. A frequência de lubrificação é duplicada em curvas e em troços com grande inclinação. Bomba de lubrificação automática com massa de litio 2#. |
Considerações relativas ao projeto de combinações de três condições de funcionamento
Nos projetos não normalizados reais, não se trata frequentemente de uma única condição de funcionamento, mas sim de uma combinação de via curva + grande inclinação, carga pesada + via curva, ou mesmo da ocorrência simultânea destas três condições. Quando a via curva é combinada com a inclinação, a potência de tração é calculada como a soma vetorial da resistência da via curva e da resistência da inclinação, enquanto o travão é calculado com base na condição mais desfavorável em descida. Quando a carga pesada é combinada com trilhos curvos, a força lateral exercida pelas rodas aumenta significativamente, o que exige uma lubrificação mais rigorosa do rebordo da roda; recomenda-se, por isso, a utilização de rodas com banda de rodagem cónica. A Krud Heavy Industry fornece serviços de conceção personalizada de mecanismos de deslocamento não normalizados, apresentando soluções completas de conceção de vigas terminais, conjuntos de rodas e sistemas de acionamento, com base nas condições dos carris no local, nos parâmetros de carga e nos requisitos de funcionamento. Para mais informações sobre o processo global de personalização de gruas não normalizadas, consulteGuia completo para a personalização de gruas não normalizadas。
Perguntas frequentes (FAQ)
P: Qual é o raio de viragem mínimo de uma grua sobre carris curvos?
Resposta: O raio mínimo depende do vão do guindaste e da distância entre eixos das rodas. Em termos de engenharia, o raio mínimo é geralmente de 2 a 3 vezes o vão. Para uma grua de 10 t com uma envergadura de 16,5 m, o raio mínimo da curva da via é de cerca de 5 a 8 m; raios mais pequenos exigem a instalação de um mecanismo de direção das rodas (estrutura do bogie) ou a utilização de um acionamento diferencial. Quando o raio da curva da via for inferior a 5 m, recomenda-se a substituição por uma via circular com mecanismo de plataforma giratória. O menor raio de curvatura de via que a Krud Heavy Industry já realizou num projeto de grua com via circular foi de 3 m (para um silo de armazenamento circular, com vão de 7,5 m).
P: Como é que as gruas para grandes inclinações garantem a segurança na descida?
Resposta: A segurança na descida de gruas em declives acentuados é assegurada por um sistema de proteção de três níveis: o primeiro nível, a travagem elétrica (travagem em corrente contínua do variador de frequência ou travagem por resistência), assume a principal função de travagem, sendo a velocidade de descida controlada em circuito fechado pelo variador de frequência; o segundo nível, a travagem mecânica (freio), atua durante a paragem e intervém automaticamente em caso de falha da travagem elétrica; o terceiro nível, o dispositivo antiderrapante (pinça de fixação ou batente), funciona como última linha de defesa caso o freio também falhe. Os três níveis de proteção foram concebidos de acordo com o nível de integridade de segurança SIL 2, cumprindo os requisitos de segurança para mecanismos de operação da norma GB/T 3811.
P: Em que medida o desgaste da banda de rodagem dos pneus de veículos pesados justifica a sua substituição?
Resposta: De acordo com a norma GB/T 23260-2009, a banda de rodagem da roda deve ser substituída se se verificar qualquer uma das seguintes situações: ① O desgaste da banda de rodagem atingir 7% do diâmetro original (por exemplo, no caso de uma roda com 800 mm de diâmetro, o desgaste atinge 744 mm); ② A área de descamação por fadiga na banda de rodagem for superior a 100 mm²; ③ O desgaste do rebordo atinge 50% da espessura original; ④ A superfície de rodagem apresenta fissuras ou marcas de compressão locais (com profundidade superior a 4 mm). Aquando da substituição das rodas, devem ser substituídas simultaneamente as duas rodas do mesmo lado, para garantir a uniformidade do diâmetro e o equilíbrio da pressão das rodas. A Krud Heavy Industry disponibiliza um serviço de inspeção online das rodas.
P: Quais são as armadilhas a ter em conta na conceção de gruas com trilhos curvos e grande inclinação?
Resposta: Quando duas condições de funcionamento se sobrepõem, o que é mais facilmente ignorado é: ① Na combinação de via curva e descida, a ação conjunta da força lateral e da força de deslizamento das rodas faz com que a taxa de desgaste do rebordo da roda seja 2 a 3 vezes superior à de uma única condição; ② A sobreposição entre a diferença de carga nas rodas do mesmo lado entre os trilhos interior e exterior num troço em curva e a carga de inclinação, podendo o coeficiente de desequilíbrio da pressão das rodas exceder 1,5; ③ É necessário coordenar o alargamento da bitola nos troços em curva com o assentamento da base do trilho nos troços de grande inclinação. Recomenda-se que os troços em curva e os troços em declive sejam projetados separadamente (os troços em curva em linha horizontal e os troços em declive em linha reta), com a instalação de troços de transição entre eles. Caso seja necessária a sobreposição, deve-se efetuar cálculos para cada condição de funcionamento em análise de elementos finitos.
