Análise da força do carrinho de elevação: três forças explicadas para engenheiros de equipamentos de elevação

Para um engenheiro de manutenção que verifica uma ponte rolante de 5 toneladas, as forças que mantêm o carrinho no lugar na viga da ponte não são apenas números acadêmicos. Um carrinho de elevação é submetido a três forças em um exercício estático típico: o peso do próprio carrinho, a carga suspensa no gancho e a tração do acionamento de deslocamento. O equilíbrio entre essas três forças decide se o carrinho permanece alinhado, se o carro final suporta muita carga e se o motor de deslocamento tem torque suficiente para dar partida e parar suavemente. Conseguir esse equilíbrio é o primeiro passo na escolha de um sistema de carrinho confiável.

O que as três forças realmente representam em um carrinho de elevação

Num modelo simplificado de força plana, o carrinho é tratado como um corpo rígido sob três forças simultâneas. O primeiro é o peso do próprio carrinho, incluindo a unidade de elevação, a estrutura e o maquinário de deslocamento. A segunda é a tração vertical da carga suspensa, transmitida através do cabo de aço ou corrente. A terceira é a força horizontal de acionamento ou frenagem aplicada pelo mecanismo de deslocamento para mover o carrinho ao longo da ponte do guindaste.

Cada um desses componentes tem uma fonte física real em uma ponte rolante. O ângulo em que a força motriz atua, muitas vezes denotado como α nos problemas dos livros didáticos, representa a direção da força aplicada em relação à horizontal. Na prática, este ângulo depende de como a força de tração é direcionada e de como o carrinho está conectado à ponte e ao carro final.

• O peso próprio do carrinho é geralmente a menor das três forças, mas ainda contribui para o carregamento das rodas.
• A carga suspensa é a força vertical dominante e orienta a seleção da capacidade da talha.
• A força motriz deve ser suficiente para superar a resistência ao rolamento, a inércia e possíveis forças de travagem.

O método padrão para resolver o problema das três forças

Uma vez conhecidas as direções e magnitudes das forças, a solução segue o procedimento padrão para um sistema de forças concorrentes coplanar. A configuração geralmente começa resolvendo cada força em componentes x e y. Se a força P for aplicada em um ângulo α com a horizontal, a força A atua horizontalmente e a força B atua verticalmente para baixo, as equações de equilíbrio são diretas:

Da direção x: P cos α A = 0.

Na direção y: P sin α − B = 0.

Resolver essas duas equações dá P = B / sen α e A = − B cot α. O sinal negativo em A indica simplesmente que a força horizontal deve se opor à componente horizontal de P para que o carrinho permaneça em equilíbrio.

A tabela abaixo mostra como a força necessária P muda conforme o ângulo α muda, usando uma carga vertical B de 400 lb como entrada. Os números exatos são menos importantes do que a tendência que ilustram: um ângulo menor requer uma força motriz maior e um ângulo maior altera a distribuição da carga no trilho do guindaste.

A implicação prática é que alterar α até mesmo 10 graus pode alterar a magnitude da força motriz necessária em quase 20%. É por isso que o ângulo deve ser definido cuidadosamente desde o início, e não tratado como uma reflexão tardia.

Como a análise orienta a seleção de componentes

Uma vez resolvidas as forças, as cargas resultantes tornam-se as entradas de projeto para as peças mecânicas do carrinho. A carga vertical da roda é a principal entrada para a seleção do carro da extremidade do guindaste. A força motriz horizontal determina o torque necessário do motor de acionamento e a classificação do bloco da roda do guindaste. A carga suspensa, mais os efeitos dinâmicos, determinam a capacidade nominal da talha.

Em um sistema de guindaste real, o carro final é fabricado com uma distância entre eixos e diâmetro de trilho definidos para corresponder às cargas esperadas das rodas. Selecionar um carro final padrão sem verificar sua conexão com a estrutura do trole e sua capacidade de suportar a carga calculada da roda é uma fonte comum de falha mecânica. Quando um carrinho é submetido às três forças descritas na análise estática, o carro final suporta a maior parte das reações verticais. É por isso que a linha de produtos de transporte final de guindaste da TBM é projetada com seções reforçadas e rolamentos de roda robustos para lidar com combinações de forças verticais e horizontais.

Carro de extremidade de guindaste para sistemas de carrinho com seções reforçadas Projetado para combinações de forças verticais e horizontais pesadas, este carro final suporta a ponte do guindaste e o mecanismo de deslocamento, proporcionando estabilidade e durabilidade para aplicações industriais. Ver Produto →

Considerações práticas além do equilíbrio estático

O equilíbrio estático é o ponto de partida, não a resposta final. Os limites de carga de trabalho, os fatores de segurança e as classificações de serviço influenciam se o projeto de um equipamento é seguro para operação diária. Para uma talha elétrica de cabo de uso geral, o padrão europeu FEM ou uma classificação de serviço equivalente, como ISO M3 a M5, é frequentemente usado para definir quantas horas por dia a talha pode funcionar com uma determinada carga. Este fator de serviço não é arbitrário; afeta o tamanho do freio, a qualidade do cabo de aço e a capacidade térmica do motor.

O problema das três forças também não leva em conta a oscilação da carga, as forças do vento em um guindaste externo ou o efeito de uma pista inclinada. Estas cargas adicionais devem ser consideradas no projeto geral do sistema de carrinho. O bloqueio da roda deve ser avaliado tanto para a carga estática quanto para as forças horizontais provenientes da condução e da frenagem. Quando o carrinho acelera ou para, a inércia da carga aplica uma força horizontal adicional que não faz parte do problema estático dos livros didáticos. Esta força extra deve ser absorvida pelos flanges das rodas e pela pista. Os blocos de rodas de guindaste da TBM são fabricados com rodas flangeadas e rolamentos vedados para suportar cargas laterais repetidas.

Bloco de roda de guindaste durável com rodas endurecidas por flange Construído com liga de aço de alta resistência e rolamentos vedados, este bloco de roda suporta cargas laterais provenientes de aceleração e frenagem, garantindo um deslocamento suave e preciso do guindaste. Ver Produto →

Construindo um sistema de carrinho seguro com elevação TBM

Do ponto de vista dos componentes, o problema das três forças entra em todos os estágios de um sistema de carrinho. O carro final deve suportar as cargas das rodas, os blocos de rodas devem suportar as forças de deslocamento horizontais e a talha de cabo deve ser selecionada com a capacidade de elevação e velocidade corretas. A TBM Lifting constrói a talha elétrica de cabo de aço com altura padrão SHA7 e a talha de viga dupla SHA8 com configurações de estilo europeu que fornecem margens de capacidade claras para aplicações de carrinhos industriais. O gama de talha de cabo elétrico é dimensionado tendo em mente o caminho de carga do carrinho e as reações das rodas, de modo que os pontos de conexão dos componentes são projetados desde o início para suportar as forças calculadas.

Ao especificar um sistema de carrinho, comece com o diagrama de força real da sua instalação. Determine a carga suspensa, a massa do carrinho, o layout do trilho e o ângulo de tração do mecanismo de acionamento. Com essas informações básicas, o cálculo estático fornece uma faixa clara de cargas operacionais. Em seguida, combine essas cargas com uma talha e um conjunto de componentes do carro final que são construídos para os mesmos padrões de serviço e segurança.

Talha elétrica de cabo de aço com altura padrão SHA7 Equipada com um motor de alta eficiência e conversão de frequência para operação suave, esta talha é adequada para manuseio de materiais na fabricação de máquinas, montagem automotiva e outras indústrias. Ver Produto →

Um carrinho de elevação está sujeito às três forças neste problema clássico de estática, mas o valor real desse cálculo surge quando ele é aplicado ao projeto e seleção do equipamento de elevação real. O método analítico usado para resolver as cargas é o mesmo que determina se um carrinho funcionará suavemente, permanecerá alinhado em seu trilho e atingirá a vida útil projetada. Ao combinar a solução de força com talhas, carrinhos finais e blocos de rodas com classificação adequada, você pode evitar as falhas dispendiosas decorrentes de componentes subdimensionados. Para um cálculo de força com base no layout específico do seu carrinho e guindaste, entre em contato com o Equipe técnica TBM .