Norma GB/T 14407-2011 para Pontes Rolantes

A FEM 1.001-2011 é a norma técnica específica para mecanismos de elevação de pontes rolantes e pórticos de uso geral, publicada e implementada em 2011. O mecanismo de elevação é o componente funcional mais crítico da grua, responsável direto pelo movimento de subida e descida da carga; a qualidade do seu projeto e a sua confiabilidade operacional afetam diretamente o desempenho do equipamento e a segurança das operações. A norma é aplicável ao projeto, fabricação e inspeção de mecanismos de elevação para pontes rolantes elétricas e pórticos.

Tipos de mecanismo de elevação e configuração de acionamento

A norma especifica que o mecanismo de elevação se divide em dois tipos conforme o modo de acionamento: acionamento simples e acionamento duplo. O acionamento simples utiliza um motor que aciona o tambor através de um redutor, com estrutura simplificada, aplicável a gruas de uso geral com capacidade nominal ≤ 50 t. O acionamento duplo utiliza dois motores e dois redutores a acionar o mesmo tambor (um em cada extremidade), sendo aplicável a gruas de grande tonelagem (> 50 t) ou a guindastes de fundição com requisitos de confiabilidade extremamente elevados. Numa configuração de acionamento duplo, se um dos motores ou redutores falhar, o outro pode continuar a operar por um curto período com carga nominal reduzida (cerca de 60%).

A configuração de acionamento do mecanismo de elevação deve cumprir os seguintes requisitos: a potência do motor é calculada com base na capacidade nominal, na velocidade de elevação e na eficiência do mecanismo (eficiência de transmissão de engrenagens 0,92–0,95; eficiência do tambor 0,96–0,98), com um coeficiente de reserva de potência do motor entre 1,2 e 1,4. A capacidade de carga do redutor não deve ser inferior ao nível 10 da AGMA (flanco de dente endurecido). A ligação entre o tambor e o eixo de saída do redutor deve utilizar um acoplamento de dentes abaulados ou um cubo de aperto por expansão, permitindo determinados desvios angulares e radiais. O torque nominal do acoplamento não deve ser inferior a 2 vezes o torque nominal do motor. Para classes de funcionamento acima de A6, o mecanismo de elevação deve adotar uma configuração de freio duplo (freio de serviço + freio de segurança), com os dois freios a atuarem de forma independente.

O método de regulação de velocidade do mecanismo de elevação é igualmente um ponto central da norma. Gruas de tipo padrão podem utilizar um motor de duas velocidades (8/2 polos ou 6/4 polos) para comutação entre dois níveis de velocidade, adequado para operações de içamento gerais. Em aplicações que exigem posicionamento preciso, deve ser adotado um sistema de controle de velocidade por frequência variável, com uma relação de regulação não inferior a 10:1 e uma velocidade de posicionamento em baixa velocidade não superior a 1,5 m/min. As pontes rolantes metalúrgicas e de fundição devem utilizar controle de velocidade por frequência variável, com precisão de controle de velocidade não inferior a ±1% da velocidade nominal. O sistema de controle por frequência variável deve ainda dispor de funções de elevação de torque e frenagem por corrente contínua, podendo fornecer torque nominal em estado de velocidade zero para evitar o escorregamento da carga. Os mecanismos de elevação da Kelude vêm de série com controle de velocidade por frequência variável e configuração de freio duplo, satisfazendo os requisitos de posicionamento preciso e redundância de segurança.

Enrolamento do cabo de aço e multiplicação do moitão

A norma estabelece disposições detalhadas para o projeto do sistema de enrolamento do cabo de aço. Número de camadas de enrolamento do cabo no tambor: enrolamento de camada única é aplicável a cabos com diâmetro ≥ 16 mm; o enrolamento multicamada é utilizado em espaços confinados ou quando o comprimento do tambor é limitado, não excedendo 4 camadas (classes de funcionamento A1 a A4) ou 3 camadas (classes acima de A5). A relação entre o diâmetro do tambor e o diâmetro do cabo de aço (D/d) não deve ser inferior a 20 (classes A1 a A6) ou 25 (classes A7 a A8). A relação entre o diâmetro da polia e o diâmetro do cabo não deve ser inferior a 18 (não inferior a 14 para polias de compensação). A fixação do cabo de aço no tambor deve ser feita por placa de fixação ou cunha, com resistência de fixação não inferior a 80% da força de ruptura do cabo.

A escolha da multiplicação do moitão (número de ramais do cabo / número de saídas do tambor) influencia diretamente a velocidade de elevação e a tensão no cabo de aço. A norma recomenda os valores usuais de multiplicação: para capacidades de elevação de 5 a 10 t, multiplicação de 2 a 4; para 16 a 50 t, multiplicação de 4 a 6; para 75 a 100 t, multiplicação de 6 a 8. Quanto maior a multiplicação, menor a velocidade de elevação, mas também menor a tensão em cada ramal do cabo, permitindo reduzir as dimensões do tambor, das polias e do cabo. A seleção da multiplicação deve ser feita garantindo que o diâmetro do cabo não exceda 1/20 do diâmetro do tambor, atendendo simultaneamente aos requisitos de velocidade de elevação e ao fator de segurança do cabo de aço não inferior a 5.

O ângulo de deflexão do cabo de aço (ângulo entre a linha de centro do cabo e a linha de centro do tambor ou da garganta da polia) é também claramente especificado pela norma: o ângulo de deflexão ao entrar ou sair do tambor não deve ser superior a 3,5°; o ângulo máximo de deflexão do cabo na garganta da polia não deve ser superior a 4°. Ângulos de deflexão excessivos podem fazer com que o cabo saia da garganta ou provoquem atrito intenso contra as paredes laterais da garganta, acelerando o desgaste do cabo de aço. Quando o gancho se encontra na posição limite, o número de voltas de segurança do cabo no tambor não deve ser inferior a 3, não contando as voltas de fixação. As voltas de segurança garantem que, mesmo em caso de falha do ponto de fixação, a carga possa ser suportada por força de atrito, evitando a queda da carga.

Requisitos do sistema de frenagem

O sistema de frenagem do mecanismo de elevação é o elemento mais crítico para a segurança do guindaste. A norma especifica que o torque de frenagem do freio do mecanismo de elevação não deve ser inferior a 1,5 vezes o torque nominal de elevação (calculado com base na velocidade nominal do motor e na relação de transmissão do redutor). O freio deve ser instalado na extremidade do eixo de alta velocidade do redutor (lado do motor), pois nesta posição a resposta de frenagem é mais rápida, o torque de frenagem é menor e o tamanho do freio é mais compacto. O diâmetro do tambor de freio é determinado pelas dimensões da extremidade do eixo do motor e pelo torque de frenagem. A área de contacto entre as sapatas de freio e a roda de freio não deve ser inferior a 80% da área total das sapatas. A folga de abertura do freio deve ser uniforme, e a diferença entre as folgas das duas sapatas não deve exceder 0,3 mm.

Para mecanismos de elevação com classe de funcionamento superior a A6 ou com capacidade nominal superior a 50 t, a norma especifica a configuração de freio duplo: freio de serviço (frenagem em operação normal) + freio de segurança (frenagem automática em caso de falha de energia). Os dois freios devem ser instalados e controlados de forma independente, e cada um deles, atuando isoladamente, deve ser capaz de travar de forma fiável a carga nominal. A distribuição do torque de frenagem no freio duplo é a seguinte: o freio de serviço suporta 80% do torque de frenagem, enquanto o freio de segurança suporta 100% (ou seja, o freio de segurança é capaz de travar de forma independente). O tempo de atraso de acionamento do freio de segurança não deve ser superior a 0,2 segundos, garantindo o acionamento imediato do freio após uma falha de energia. O eletroímã ou impulsor hidráulico do freio deve ser equipado com um dispositivo de liberação manual, permitindo baixar lentamente a carga suspensa em caso de falha de energia.

Tabela comparativa de parâmetros do mecanismo de elevação

A tabela comparativa abaixo resume os principais parâmetros de configuração dos mecanismos de elevação de diferentes capacidades, servindo como referência para o projeto e seleção, bem como para a aceitação pelo utilizador.

Distância de deslizamento do freio e requisitos de ensaio

A norma define critérios de aceitação claros para a distância de deslizamento do freio no mecanismo de elevação. Sob carga nominal, após a atuação do freio, a descida da carga não deve exceder 1/65 da distância de elevação em 1 minuto (aproximadamente 0,46 mm/kN). Por exemplo, num guindaste com velocidade de elevação de 8 m/min (0,133 m/s), o percurso teórico durante o tempo de resposta do freio é de cerca de 0,133 × 0,25 = 33 mm (considerando um tempo de resposta de 0,25 s). Somando-se a distância residual após o acionamento do freio, o deslizamento total é normalmente controlado entre 50 e 120 mm. Quando o deslizamento excede o valor permitido, as causas prováveis incluem: folga excessiva do freio, desgaste das sapatas de freio, fadiga da mola de freio ou presença de óleo na superfície da roda de freio.

O ensaio de carga antes da entrega é uma etapa fundamental para verificar o desempenho do mecanismo de elevação. A norma exige que os seguintes ensaios sejam realizados unidade por unidade: Teste sem Carga — todos os mecanismos operam à velocidade nominal durante 30 minutos, verificando a estabilidade de operação e o ruído; a elevação de temperatura dos rolamentos não deve exceder 40°C. Ensaio de carga nominal (100% SWL) — elevar a carga nominal e repetir a elevação e a descida pelo menos 5 vezes, medindo a distância de deslizamento do freio. Ensaio de Carga Dinâmica — elevar 1,1 múltiplos da carga nominal, com pelo menos 3 ciclos de elevação e descida, verificando a ausência de deformação anormal e ruído nos componentes. Ensaio de Carga Estática — elevar 1,25 múltiplos da carga nominal e manter em repouso durante 10 minutos, verificando a flecha da viga principal, a integridade dos Cordão de Solda e a ausência de deslizamento do freio. Somente após a aprovação em todos os ensaios é que o Certificado de Fábrica pode ser emitido.

Perguntas frequentes sobre o sistema de frenagem