Norma JB/T 2300-2011 para cálculo de capacidade da coroa de giro

A JB/T 2300-2011 é a norma setorial para coroas de giro, publicada em 2011 em substituição à versão de 1999. A coroa de giro é um dos componentes principais do mecanismo de giro de um guindaste, sujeita à ação combinada da carga de elevação, do torque de giro e do momento de tombamento. É amplamente utilizada em gruas de torre, guindastes de esteiras, guindautos, guindastes portuários e descarregadores de navios, bem como em outros equipamentos de elevação que requerem função de rotação. A norma é aplicável ao projeto e seleção, bem como à inspeção de fabricação, de quatro tipos de coroas de giro: de esfera simples, de esfera dupla, de rolos cilíndricos em três carreiras e de rolos cruzados.

Tipos e estrutura da coroa de giro

A norma especifica quatro tipos básicos de coroas de giro: tipo de esfera simples (série 01) — constituída por uma pista de rolamento e um conjunto de esferas de aço, é a estrutura mais simples e de menor custo, adequada para gruas de torre de médio e pequeno porte e guindautos, com capacidade de carga média, mas dimensões axiais compactas; tipo de esfera dupla (série 02) — composta por duas pistas de rolamento e dois conjuntos de esferas, oferece maior capacidade de carga, porém com dimensões axiais maiores, sendo adequada para guindastes de médio porte; tipo de rolos cruzados (série 11) — os rolos são dispostos em cruz, permitindo que uma única pista de rolamento suporte simultaneamente cargas axiais e radiais, proporcionando elevada rigidez e capacidade de carga, adequada para gruas de torre de grande porte e guindastes sobre esteiras, sendo atualmente a solução predominante em equipamentos rotativos de grande tonelagem; tipo de rolos em três carreiras (série 13) — três carreiras independentes de rolos suportam respetivamente as cargas axiais, radiais e o momento de tombamento, oferecendo a maior capacidade de carga, adequada para guindastes de tonelagem ultra-grande e descarregadores de navios, sendo também o tipo de maior peso e custo entre os quatro.

A norma estabelece requisitos para a dureza da pista de rolamento, material, tratamento térmico e precisão de usinagem dos diversos tipos de coroas de giro. A dureza da superfície da pista de rolamento não deve ser inferior a HRC55~62, e a profundidade da camada endurecida não deve ser inferior a 2,5 mm. A dureza dos elementos rolantes não deve ser inferior a HRC60~65, e a diferença de diâmetro entre elementos rolantes do mesmo conjunto não deve exceder 0,005 mm. A dureza da superfície do dente da engrenagem da coroa de giro é selecionada de acordo com os requisitos de uso — dentes temperados e revenidos com dureza HB260~300 são adequados para rotação de baixa e média frequência, enquanto dentes endurecidos por têmpera por indução com dureza HRC50~55 são adequados para rotação de alta frequência. O material da coroa dentada é 42CrMo ou 50Mn, submetido a têmpera e revenido antes da fresagem por caracol ou fresagem por geratriz, com precisão não inferior ao grau 8. Após a usinagem, a pista de rolamento deve ser submetida a ensaio por partículas magnéticas, não sendo permitida a presença de trincas ou defeitos de veios.

A vedação e a lubrificação são fundamentais para a operação fiável da coroa de giro. A norma exige que a coroa de giro seja equipada com anéis de vedação de lábio duplo (um interno e um externo), fabricados em poliuretano (TPU) resistente a óleo e ao desgaste, com faixa de temperatura de trabalho de -20~+80 °C. A lubrificação é realizada com graxa à base de lítio, devendo o espaço da pista de rolamento ser preenchido em 60%~70% antes da instalação. A coroa de giro deve ser equipada com niples de lubrificação, em número não inferior a 2 (dispostos simetricamente a 180°). O intervalo de relubrificação é o seguinte: para guindastes em serviço contínuo diário, semanalmente; para uso intermitente, mensalmente. A Kelude Indústrias Pesadas utiliza coroas de giro de rolos cruzados nas suas gruas de torre e guindastes sobre esteiras, com capacidade de carga aproximadamente 30% superior à de coroas de esfera simples da mesma especificação.

Método de cálculo da capacidade de carga

A norma especifica que a capacidade de carga da coroa de giro é verificada através de curvas de capacidade de carga estática e dinâmica. A fórmula de verificação da capacidade estática é: Fa×fL×fA≤Coa, onde Fa é a carga axial equivalente, fL é o coeficiente de carga (de 1,0 a 1,45, de acordo com a classe de funcionamento), fA é o fator de segurança adicional (de 1,0 a 1,25) e Coa é a capacidade de carga axial estática nominal. A verificação da vida útil dinâmica é calculada pela razão entre a capacidade de carga dinâmica nominal e a carga real, determinando a vida nominal (número de rotações), que não deve ser inferior a 30000 rotações (regime de trabalho contínuo) ou 15000 rotações (regime de trabalho intermitente). As curvas de capacidade de carga da coroa de giro são fornecidas pelo fabricante no catálogo do produto, devendo o pessoal de projeto selecionar a especificação adequada abaixo da curva de verificação, com base nas cargas reais.

O cálculo da carga axial equivalente (Fa) é a etapa central do processo de seleção, devendo considerar simultaneamente os efeitos combinados da carga axial, da carga radial e do momento de tombamento. A norma apresenta a fórmula detalhada: Fa=Fr×tanα+Fz+4.5M/D0, onde Fr é a carga radial (N), α é o ângulo de contato (geralmente 45°~60°), Fz é a carga axial externa (N), M é o momento de tombamento (N·m) e D0 é o diâmetro do círculo primitivo da pista de rolamento (m). O pessoal de projeto deve estar ciente de que a coroa de giro está sujeita a cargas combinadas; a seleção baseada apenas na carga axial pode resultar em risco de segurança grave — a carga nas bordas causada pelo momento de tombamento pode ser várias vezes superior à carga axial central. É imprescindível utilizar dados de carga tridimensionais na verificação durante o processo de seleção.

Os fatores de segurança especificados pela norma são: para guindastes em geral (gruas de torre, guindautos, etc.), de 1,1 a 1,3; para guindastes portuários em serviço contínuo (guindastes de pórtico de base, descarregadores de navios, etc.), de 1,25 a 1,45; para locais com presença frequente de pessoas ou equipamentos críticos, de 1,5 a 2,0. Após a seleção, deve ser verificada a resistência dos parafusos de conexão — a pré-carga dos parafusos não deve ser inferior a 1,5 vezes a tração axial gerada pela carga nominal da coroa de giro. O material recomendado para os parafusos é 40Cr ou 42CrMo, com classe de propriedade 10.9 ou 12.9, e o torque de aperto deve ser calculado com precisão de acordo com a especificação e a classe do parafuso. Em ambientes de alta temperatura, a capacidade de carga deve ser reduzida de acordo com a curva de redução por temperatura.

Requisitos da superfície do dente da engrenagem da coroa de giro

A norma estabelece requisitos detalhados para a superfície dos dentes das engrenagens internas ou externas da coroa de giro. A dureza da superfície do dente é selecionada em função das condições de operação: dentes temperados e revenidos com dureza HB260–300 são adequados para rotações de baixa a média frequência (por exemplo, frequência de rotação inferior a 5 ciclos/hora em gruas de torre), apresentando menor custo e facilidade de reparo no local; dentes com têmpera por indução e dureza HRC50–55 são indicados para rotação contínua de alta frequência (como em descarregadores de navios, onde a frequência de rotação pode ultrapassar 20 ciclos/hora), oferecendo melhor resistência ao desgaste. O material da coroa deve ser preferencialmente 42CrMo ou 50Mn, submetido a têmpera e revenido antes da fresagem por geratriz ou por caracol, com classe de precisão não inferior ao grau 8 da norma GB/T 10095. A marca de contato na superfície do dente deve ser de pelo menos 40% ao longo da altura do dente e 50% ao longo da largura do dente.

A folga lateral mínima do par de engrenagens é determinada pelo módulo e pela classe de precisão: para módulos inferiores a 10 mm, a folga lateral mínima é de 0,2–0,3 mm; para módulos entre 10 e 20 mm, a folga lateral mínima é de 0,3–0,5 mm. Uma folga lateral demasiado reduzida pode provocar o bloqueio das engrenagens devido à expansão térmica, enquanto uma folga excessiva gera ruído de impacto e acelera o desgaste. O desvio radial da circunferência externa não deve exceder os requisitos da classe de precisão 8. A rugosidade da superfície do dente (Ra) não deve ser superior a 3,2 μm, e no caso de superfícies cementadas e temperadas, não deve exceder 1,6 μm. Após a instalação, devem ser verificadas a folga lateral de engrenamento e a marca de contato, procedendo-se aos ajustes necessários caso sejam detetadas anomalias. Se a área de picagem (fadiga superficial) exceder 20% da superfície do dente, ou em caso de fratura de dentes, a coroa de giro completa deve ser substituída.

Requisitos de instalação e manutenção

A qualidade de instalação da coroa de giro influencia diretamente a sua vida útil e a estabilidade de operação. Antes da instalação, deve ser verificada a planicidade da superfície de montagem: não deve exceder 0,3 mm num comprimento de 1 m, e a planicidade global não deve ultrapassar 0,8 mm. Os parafusos de fixação devem ser de alta resistência (classe 10.9 ou 12.9), e o torque de aperto é determinado pelo cálculo em função da especificação e da classe do parafuso. O aperto deve ser realizado em 3 a 4 fases, seguindo uma sequência diagonal cruzada, com confirmação final do torque através de chave dinamométrica. Após a instalação, deve ser verificada a liberdade de rotação da coroa de giro — a rotação, manual ou a baixa velocidade, deve ser suave, sem bloqueios ou ruído anormal. O desvio radial não deve exceder 0,2 mm e o desvio axial não deve ultrapassar 0,3 mm.

A manutenção diária e a inspeção de manutenção devem incluir os seguintes aspetos: verificação semanal do aperto dos parafusos de conexão (amostragem de 20% dos parafusos com chave dinamométrica; valores inferiores a 95% do torque especificado exigem reaperto); inspeção mensal do anel de vedação quanto a desgaste ou envelhecimento e verificação do aumento da folga da pista de rolamento (medição da folga axial com relógio comparador e registo da comparação com os valores iniciais); verificação trimestral do estado de engrenamento (presença de picagem, fratura ou desgaste anormal dos dentes). A primeira substituição da graxa deve ser efetuada após 1000 horas de operação; posteriormente, deve ser feita uma relubrificação a cada 500 horas ou mensalmente. A substituição da coroa de giro é necessária nas seguintes situações: descamação da superfície da pista de rolamento ou profundidade de indentação superior a 0,5 mm; rutura dos elementos rolantes ou desgaste superior a 0,2 mm; redução da espessura do dente superior a 20% devido a desgaste do flanco; ou aumento da folga axial superior a 1,5 vezes o valor original.

Tabela comparativa de parâmetros de seleção da coroa de giro

A tabela comparativa seguinte resume as aplicações típicas e os principais parâmetros de desempenho de quatro tipos de coroa de giro, servindo de referência para o projeto e seleção.

Perguntas Frequentes sobre Coroa de Giro