Conceção de sistemas de proteção de segurança para gruas: circuito de segurança / nível de proteção / distância de segurança / parâmetros completos de prevenção de colisões
📌 Pontos-chave As três partes principais do sistema de proteção de segurança do guindaste: ① Circuito de segurança elétrico (duas vias redundantes PL d~PL e, tempo de corte da paragem de emergência ≤ 200 ms); ② Dispositivos de segurança mecânicos (erro global do limitador de sobrecarga ≤ ±5%, ponto de ativação do limitador de elevação ≤ 20 mm, amortecedor do limitador de curso ≥ 1,5 m); ③ Proteção e interbloqueio (IP23/IP44 em ambiente interior, no exterior IP54/IP55, ligação à terra ≤ 4 Ω, deteção anticolisão 0,5~20 m). O sistema foi concebido de acordo com as normas GB/T 3811-2008 e GB/T 28264-2017; se qualquer um dos três mecanismos de interligação for acionado, toda a máquina pára.
O sistema de proteção de segurança dos guindastes é composto por três partes principais: circuitos elétricos de segurança, dispositivos mecânicos de segurança e interbloqueios de proteção. Todos os guindastes fabricados pela Krude Heavy Industry são equipados com um sistema de proteção de segurança em conformidade com as normas GB/T 3811-2008 e GB/T 28264-2017. O projeto deve cumprir as normas GB/T 3811-2008 «Norma de Projeto de Guindastes», GB/T 28264-2017 «Sistema de Gestão de Monitorização de Segurança de Máquinas de Elevação» e GB/T 16855.1 «Segurança de Máquinas — Componentes Relacionados com a Segurança dos Sistemas de Controlo». O presente artigo analisa sistematicamente, do ponto de vista da conceção de engenharia, o processo de conceção do sistema de segurança, os parâmetros de seleção dos dispositivos principais e as soluções para problemas comuns.
Pode consultar os conceitos básicos e as perguntas frequentes sobre segurançaGuia completo sobre segurança e proteção em guindastes. Para mais informações sobre a configuração do sistema de proteção de segurança inteligente, consulteGuia de configuração do sistema de proteção de segurança inteligente para pontes rolantes. Para uma interpretação das normas relativas ao sistema de monitorização de segurança de gruas, consulteInterpretação da norma GB/T 28264 relativa ao sistema de gestão de monitorização de segurança de pontes rolantes。
Os três principais componentes do sistema de proteção de segurança das gruas
I. Conceção de circuitos de segurança elétrica
O circuito de segurança adota uma estrutura redundante de dois canais — os limites de elevação, a limitação de sobrecarga e a paragem de emergência utilizam, cada um, dois canais de sinal independentes, os quais funcionam segundo a lógica ”e” (a saída só é válida quando ambos os canais estão normais). Em caso de falha em qualquer um dos canais, o sistema pára automaticamente e emite um código de falha. O nível de desempenho de segurança, de acordo com a norma GB/T 16855.1, deve atingir PL d a PL e (correspondendo a uma probabilidade de falha perigosa por hora ≤ 10⁻⁷). O botão de paragem de emergência é do tipo «cogumelo» vermelho com autobloqueio; o tempo entre a pressão do botão e a interrupção dos contactos principais do contactor é ≤ 200 ms. Recomenda-se a utilização de relés de segurança da série PNOZ da Pilz ou da série Flexi Classic da SICK; o estado dos contactos é indicado por LED, devendo ser verificado periodicamente (trimestralmente) se os contactos apresentam sinais de soldadura.
II. Seleção de dispositivos de segurança mecânicos
O limitador de sobrecarga é selecionado de acordo com a norma GB/T 12602-2020, com um erro global do sistema eletrónico ≤ ±5%, e o ponto de atuação definido entre 100% e 110% da carga nominal. Os limitadores de altura de elevação dividem-se em dois tipos: de contrapeso (simples e fiáveis, mas com baixa precisão) e de rosca (alta precisão e longa vida útil); são acionados quando o gancho vazio sobe até uma distância de segurança de ≥2 voltas em relação ao tambor, sendo o desvio positivo do ponto de acionamento ≤20 mm. Os limitadores de curso do carro principal/carro secundário devem ter uma distância de amortecimento reservada ≥ 1,5 m ou ser calculados com base na distância de travagem × 1,25. Os dispositivos de fixação ao carril contra ventos fortes, do tipo manual, são utilizados em vãos de pequena e média extensão, enquanto os do tipo elétrico são utilizados em vãos de grande extensão e em zonas com elevada pressão do vento; a força de fixação é calculada com base em 1,5 vezes a carga eólica de projeto.
III. Nível de proteção e proteção por ligação à terra
O grau de proteção elétrica deve seguir a norma GB/T 4208-2017: em ambientes interiores à temperatura ambiente, opte por IP23 (proteção contra corpos estranhos ≥ 12,5 mm) ou IP44 (proteção contra corpos estranhos ≥ 1 mm e salpicos de água); para o exterior/ao ar livre, opte por IP54 (proteção contra poeira e salpicos de água) ou IP55 (proteção contra poeira e jatos de água); para locais com poeira, aparas de madeira, cerâmica, etc., opte por IP6X (proteção total contra poeira) + IP65 (proteção contra jatos de água). A proteção de ligação à terra deve ser efetuada através do sistema trifásico de cinco fios TN-S, devendo todas as caixas metálicas dos equipamentos serem ligadas ao fio PE, com resistência de ligação à terra ≤ 4 Ω (medida com o medidor de resistência de ligação à terra ZC-8). A barra de ligação à terra deve utilizar aço plano galvanizado de 40 × 4 ou fio com núcleo de cobre de ≥16 mm², com comprimento de soldadura ≥100 mm.
IV. Sistema de prevenção de colisões e de monitorização de segurança
Quando várias pontes rolantes operam em simultâneo, é necessário equipar o sistema com um sistema anticolisão. Opções de sensores: LiDAR (alta precisão, 10 a 20 m), infravermelhos (precisão média, 5 a 15 m) e ultrassons (baixa precisão, mas não são afetados pelo pó, 0,5 a 5 m). O sistema de monitorização de segurança deve monitorizar em tempo real, de acordo com os requisitos da norma GB/T 28264-2017, parâmetros como a capacidade de elevação, a altura de elevação, o percurso de deslocamento e a velocidade do vento (no exterior), entre outros, com um período de armazenamento de dados ≥ 72 h. O sistema de monitorização está interligado com o circuito de segurança: quando qualquer dispositivo de segurança é acionado, o sistema de monitorização regista o incidente e emite um alarme sonoro.
| Dispositivos de segurança | Tipo | Parâmetros-chave | Normas aplicáveis |
|---|---|---|---|
| Relé de segurança | Canal duplo redundante | PL d~PL e, tempo de corte ≤ 200 ms | GB/T 16855.1 |
| Limitador de sobrecarga | Eletrónico/Mecânico | Erro total ≤ ±51 TP3T, alarme 1101 TP3T | GB/T 12602-2020 |
| Limite de altura de elevação | Tipo martelo pesado/tipo espiral | Desvio no ponto de ativação ≤ 20 mm | GB/T 3811-2008 |
| Limitador de curso | De alavanca/de came | Distância de amortecimento ≥ 1,5 m ou distância de travagem × 1,25 | GB/T 3811-2008 |
| Fixador de trilhos à prova de vento | Manual/Elétrico | Força de fixação ≥ 1,5 vezes a carga eólica | GB/T 3811-2008 |
| Dispositivo anticolisão | Laser/infravermelhos/ultrassons | Distância de deteção: 0,5 a 20 m | GB/T 28264-2017 |
📌 Recomendações de normas relevantes
• GB/T 24818.4-2009 «Guindastes — Vias de circulação e equipamentos de proteção de segurança — Parte 4: Guindastes de lança»
• GB/T 6974.6-2008 «Guindastes — Terminologia — Parte 6: Guindastes ferroviários»
• GB/T 6974.7-2008 «Guindastes — Terminologia — Parte 7: Guindastes flutuantes»
Perguntas frequentes
P: Os relés de segurança e os relés normais são intercambiáveis?
Resposta: De forma alguma. Os contactos internos dos relés de segurança são de orientação forçada (garantindo que os contactos normalmente abertos e normalmente fechados não fiquem simultaneamente na posição fechada) e possuem uma função de autodiagnóstico de avarias. Os relés comuns podem falhar caso os contactos fiquem soldados ou encravados, o que, se utilizados em circuitos de segurança, pode provocar graves acidentes de segurança. Nos circuitos de segurança, é obrigatório utilizar relés de segurança certificados.
P: Qual deve ser o grau de proteção das gruas de pórtico utilizadas no exterior?
Resposta: O armário elétrico deve ter, no mínimo, classificação IP55 (proteção contra poeira e jatos de água). Em ambientes costeiros ou de elevada humidade, recomenda-se a classificação IP65 (proteção contra poeira e jatos de água de alta pressão). Os motores devem ter uma classificação IP54 ou superior, devendo as ligações da caixa de ligações ser equipadas com anéis de vedação. O interior do quadro de comando deve estar equipado com um aquecedor-desumidificador (potência de 50 a 100 W, com arranque automático quando a humidade for ≥70%), para evitar curto-circuitos causados pela condensação.
P: O erro de 5% do limitador de sobrecarga é, na prática, suficiente?
Resposta: O erro global ≤ ±5% exigido pela norma GB/T 12602-2020 refere-se ao erro de toda a cadeia, incluindo o sensor, o transmissor e o visor. Nos produtos reais, a calibração de fábrica da Krued Heavy Industry é mantida dentro do intervalo de ±31 TP3T, e os pontos de ação (alarme/desligamento) são definidos para cargas nominais entre 1051 TP3T e 1081 TP3T, garantindo assim a segurança sem que paragens frequentes devido a pequenas sobrecargas afetem a produção.
P: Qual é, afinal, a distância de segurança adequada?
Resposta: Distância de segurança = distância de travagem × 1,25 + curso do amortecedor. A Krude Heavy Industry calcula a distância de segurança com base nos parâmetros reais durante a inspeção de fábrica e indica-a na placa de identificação da máquina. Tomando como exemplo uma grua de pórtico de 32 t/30 m: velocidade de deslocamento do carro v = 25 m/min ≈ 0,417 m/s, aceleração de travagem a = 0,2 m/s², tempo de resposta do sistema t = 0,1 s, distância de travagem = v²/(2a) + t × v = 0,434 + 0,042 = 0,476 m. Distância de segurança = 0,476 × 1,25 + 0,3 (curso de amortecimento) = 0,895 m; em termos de engenharia, considera-se ≥ 1 m. Devido ao seu peso próprio elevado, recomenda-se, na prática, uma distância de segurança ≥ 1,5 m para as gruas de pórtico.
