Especificação de ponte rolante: classificação de cargas e rigidez

A norma GB/T 3811-2008 adota equivalentemente a série de normas ISO 8686. Publicada e implementada em 2008, é a norma técnica mais fundamental e autoritativa no domínio do projeto de guindastes. Aplicável ao cálculo de projeto de vários tipos de guindastes, incluindo pontes rolantes, guindastes de pórtico, guindastes de torre, guindastes móveis e guindastes ferroviários, a norma especifica a classificação de cargas, combinação de cargas, e métodos de projeto como o método das tensões admissíveis e o método dos estados limites. É a norma básica fundamental referenciada por normas de produto e normas de componentes para guindastes.

Classificação de Cargas e Princípios de Combinação

A norma classifica as cargas suportadas pelo guindaste em três categorias: Cargas Classe I — cargas em condições normais de trabalho, incluindo carga permanente, carga de elevação nominal, carga de inércia de aceleração/desaceleração do mecanismo de translação, carga de vento em estado de trabalho e forças laterais devido a desalinhamento; Cargas Classe II — cargas em condições de trabalho anormais, incluindo carga de vento em condição fora de serviço, carga de teste e cargas de paragem inesperada; Cargas Classe III — cargas especiais, incluindo Carga sísmica, cargas de colisão e cargas especiais de processo. Cada categoria de carga é combinada com diferentes fatores de segurança.

O princípio de combinação de cargas é o núcleo do cálculo de projeto do guindaste. A norma especifica que as combinações de cargas são divididas em três situações, A, B e C, com base na probabilidade de ocorrência e duração: Combinação A — cargas em condição de trabalho sem vento (usada para cálculo de resistência à fadiga); Combinação B — cargas em condição de trabalho com vento (usada para cálculo de resistência estática); Combinação C — cargas extremas em condição fora de serviço (usada para verificação de estabilidade anti-tombamento e segurança contra vento). Estas três combinações correspondem a diferentes fatores de segurança e valores de tensão admissível. O pessoal de projeto deve selecionar a combinação de cargas apropriada com base nas condições de operação reais e não pode simplificar ou combinar as combinações arbitrariamente.

A norma também especifica os métodos de cálculo para cada carga. A carga permanente é calculada com base no peso real da estrutura e dos equipamentos fixos. A carga de elevação inclui a Capacidade Nominal e o peso do Spreader (espalhador de elevação). Os fatores de carga dinâmica φ1 a φ6 são usados para diferentes condições: φ1 é o fator de carga dinâmica para elevação do solo (1,1 a 1,3); φ2 é o Coeficiente de Impacto para elevação (1,0 a 1,2); φ3 é o coeficiente para libertação súbita de carga (1,5 a 2,0); φ4 é o coeficiente de impacto em deslocamento, dependente das irregularidades do Trilho; φ5 é o fator de carga dinâmica para acionamento com velocidade variável; φ6 é o fator de carga dinâmica para carga de teste. A carga de vento é calculada de acordo com o mapa de zonas de pressão de vento e o coeficiente de altura no Anexo A da GB/T 3811. A pressão do vento em estado de trabalho é de 150 a 250 Pa, e a condição fora de serviço é calculada com base na velocidade máxima do vento para um período de retorno de 50 anos.

Verificação de Resistência e Rigidez da Estrutura Metálica

A norma especifica que a estrutura metálica deve ser projetada usando o método das tensões admissíveis ou o método dos estados limites. No método das tensões admissíveis, a tensão admissível é obtida dividindo o Limite de Escoamento do material pelo Fator de segurança; a tensão de trabalho não deve exceder a tensão admissível. No método dos estados limites, a estrutura é dividida em estado limite último (ELU) e estado limite de serviço (ELS), que correspondem a diferentes coeficientes parciais de carga e coeficientes parciais de resistência. A norma especifica os valores do Fator de segurança para várias condições: Fator de segurança de 1,5 para a Combinação A (1,25 para cálculo de fadiga), 1,34 para a Combinação B e 1,15 para a Combinação C.

A rigidez e a resistência da Viga Principal são o núcleo do projeto da estrutura metálica. A norma especifica claramente a rigidez estática (flecha estática sob carga plena) e a rigidez dinâmica (frequência natural) da Viga Principal: a flecha estática no meio do vão da Viga Principal de uma Ponte Rolante sob carga plena não deve exceder L/800 (L é o Vão), e para um Guindaste de Pórtico, a flecha estática da Viga Principal sob carga plena não deve exceder L/750. A frequência natural da Viga Principal não deve ser inferior a 2 Hz (para Classe de Funcionamento A1~A3), 2,5 Hz (para A4~A6) ou 3 Hz (para A7~A8), para evitar desconforto ao operador devido à vibração em alta frequência. Os requisitos de rigidez para outros componentes estruturais, como Cabeceira e Estabilizador, podem ser relaxados, mas o Fator de segurança para o cálculo de resistência não pode ser reduzido.

A norma também especifica o cálculo de resistência à fadiga da estrutura metálica. Para guindastes com Classe de Funcionamento acima de A6, a Viga Principal e as juntas críticas devem ser submetidas a cálculo de resistência à fadiga. A carga de fadiga é determinada com base no número real de ciclos de trabalho e no fator de espectro de carga. O cálculo de fadiga utiliza o método da razão de tensões ou o método da amplitude de tensões, com verificação focada em áreas de alta tensão (perto de Cordão de Solda, mudanças bruscas de seção transversal, etc.). A resistência à fadiga de uma estrutura soldada é inferior à do metal base; a tensão admissível à fadiga no Cordão de Solda deve ser multiplicada por um fator de redução de 0,7 a 0,8. Para Cordão de Solda importantes sujeitos a cargas alternadas, uma avaliação de tolerância ao dano deve ser realizada com base na teoria de propagação de Trinca.

Seleção de mecanismos e parâmetros de projeto

A norma especifica os parâmetros de projeto para os quatro mecanismos principais: mecanismo de elevação, mecanismo de translação, mecanismo de giro e mecanismo de variação do alcance. A potência de acionamento do mecanismo de elevação é calculada com base na Capacidade Nominal, na Velocidade de Elevação e na eficiência do mecanismo, com um coeficiente de reserva de potência do motor entre 1,2 e 1,4. O Fator de segurança do cabo de elevação não deve ser inferior a 5 (e não inferior a 3 para o cabo do dispositivo de carga), e a relação entre o diâmetro do tambor e o diâmetro do cabo de aço não deve ser inferior a 20 (A1~A6) ou 25 (A7~A8). O torque de frenagem do Freio deve ser selecionado com 1,5 vezes o torque nominal de elevação, e o fator de segurança do freio não deve ser inferior a 1,25 (mecanismo de elevação) ou 1,1 (mecanismo de translação).

O cálculo da potência do mecanismo de translação deve considerar a resistência ao deslocamento (resistência de rolamento dos Rolamentos + resistência ao rolamento + resistência de inclinação + resistência do vento) e a resistência à aceleração. A potência do motor deve ser capaz de superar simultaneamente a resistência em regime estacionário e a resistência dinâmica de aceleração. O torque de frenagem do freio do mecanismo de deslocamento é selecionado entre 1,5 e 2,0 vezes o torque de translação em Carga plena. A Resistência de contato da Superfície de Rolamento da Roda de translação é verificada pela fórmula de tensão de Hertz, e a tensão de contato não deve exceder o valor admissível. A norma também estabelece requisitos para a Estabilidade anti-tombamento do guindaste: o coeficiente de estabilidade em condição de trabalho não deve ser inferior a 1,4, e em condição fora de serviço não deve ser inferior a 1,5. A estabilidade ao vento é verificada com base na velocidade máxima do vento com período de retorno de 50 anos para a região.

Combinações de cargas e fatores de segurança

A tabela comparativa seguinte resume as três combinações de cargas definidas pela norma, com os respetivos fatores de segurança e valores de tensão admissível. O pessoal de projeto deve selecionar a combinação adequada com base na Classe de Funcionamento do guindaste e nas condições de operação reais para proceder à verificação.

Estabilidade anti-tombamento e segurança antivento

A norma especifica requisitos rigorosos para a estabilidade anti-tombamento de guindastes. Para guindastes autopropelidos (tipo móvel, tipo torre, etc.), o coeficiente de estabilidade anti-tombamento em condição de trabalho não deve ser inferior a 1,4 e, em condição fora de serviço, não inferior a 1,5. Para guindastes sobre trilhos (tipo ponte, tipo pórtico, etc.), é necessário verificar a segurança antivento sob a ação da carga de vento máxima — o fixador de trilho contra vento ou o dispositivo de ancoragem deve suportar a carga de vento gerada pela velocidade máxima do vento com período de retorno de 50 anos na região. A força de aperto do grampo de trilho multiplicada pelo coeficiente de atrito não deve ser inferior a 1,25 vezes a carga de vento.

A norma também estabelece um sistema de classificação para as medidas de segurança antivento. Com base na velocidade máxima do vento da região, a proteção antivento é dividida em três níveis: Nível I (velocidade máxima do vento inferior a 30 m/s) — equipado com pinça de trilho manual ou ancoragem por pino; Nível II (30~42 m/s) — equipado com pinça de trilho elétrica ou hidráulica, com acionamento remoto; Nível III (superior a 42 m/s) — equipado com pinça de trilho automática e cabo antivento, com atuação automática quando a velocidade do vento excede o valor definido. Os dispositivos antivento devem ser inspecionados mensalmente, com um ensaio de força de aperto anual, garantindo a fixação fiável em condições meteorológicas extremas. A Kelude Indústrias Pesadas personaliza a configuração de dispositivos de segurança antivento com base nos dados de zonas de carga de vento da norma ISO 4301, assegurando a segurança operacional do equipamento em diversas condições climáticas.

Perguntas frequentes