Introdução

Empilhadeiras de minério são máquinas de pátio comumente utilizadas em pátios de estocagem para formação de pilhas de material. Para tanto, ela possui estrutura metálica que inclui sistemas de translação, giro e basculamento. Sendo assim, faz-se necessário avaliar o equipamento tanto em relação aos critérios estruturais quanto aos sistemas mecânicos.

A Kot foi responsável por realizar a verificação do projeto de uma empilhadeira com o objetivo de adequá-la aos padrões normativos de uma empresa cliente. Tal adequação é necessária para avaliar a segurança dos ativos e, assim, evitar consequências catastróficas humanas e ao meio ambiente.

No equipamento em questão o material transportado é o minério de ferro, com a capacidade de 4.200 t/h. Além da análise dos requisitos normativos, o estudo também incluiu a análise estrutural, de estabilidade global, modal e mecânica da máquina, que será apresentada neste estudo de caso.

Modelagem tridimensional

A primeira etapa no processo de análise estrutural pelo método dos elementos finitos é a modelagem da estrutura. No caso da empilhadeira, o modelo estrutural foi elaborado em elementos de barra e de casca, para regiões compostas por perfis e chapas estruturais, respectivamente. Os subsistemas são apresentados na Figura 1.

Os carregamentos aplicados ao modelo incluem o peso próprio, carga de material, tração na correia para diferentes regimes de operação, carga de incrustação de material na estrutura, sobrecargas, entupimento de chute, entre outros. Esses carregamentos foram combinados para diferentes considerações, conforme previsto por norma, para realização da análise estrutural e mecânica.

Análises

• Análise estática

Durante a análise estática da parte inferior e do tripper da empilhadeira, foram verificados índices de utilização acima do admissível para a condição de sobrecarga de operação da estrutura. Essa condição reprovou tanto elementos de barra do tripper (Figura 2) quanto elementos modelados em casca da mesa de giro (Figura 3).

• Análise de fadiga

A análise de fadiga foi realizada considerando o número de repetições cíclicas previstas por norma. Foram identificados índices de utilização acima do admissível para a parte traseira da lança e na mesa de giro, como é possível observar na Figura 4.

• Análise de flambagem local

A análise de flambagem local é realizada para os elementos modelados em casca, em que as tensões de von Mises atuantes, após cálculo dos autovalores, são comparadas às tensões admissíveis. Essa é uma importante verificação para regiões tipicamente solicitadas por cargas compressivas, que podem gerar o efeito de falha local elástica dos componentes. A estrutura foi aprovada, conforme exemplo mostrado na Figura 5.

• Análise de ligações

Ligações rígidas soldadas foram reprovadas na parte superior do mastro da cauda do tripper para a combinação de sobrecarga. O mesmo ocorre para ligações rígidas de chapa de extremidade, quando avaliadas nas combinações com carregamentos de entupimento do chute e cargas de vento.

• Análise de estabilidade global

Este tipo de análise considera um polígono de estabilidade, em que cada aresta é considerada um eixo de possível tombamento, conforme Figura 6. Esta análise também reprovou a estrutura para combinações com sobrecarga na lança.

• Análise modal

A análise modal indica a possibilidade de ressonância da estrutura com fontes excitadoras. Estas fontes podem ser, por exemplo, o vento, tambores, roletes do transportador da lança e oscilação da correia. Algumas situações de advertência foram encontradas, como é mostrado na vista deformada da Figura 7, que ocorre quando a oscilação da correia é uma fonte excitadora.

• Análise mecânica

A análise mecânica contemplou o transportador de correia localizado na lança e os sistemas de basculamento, de giro e de translação. Algumas não conformidades encontradas foram:

• Um dos tambores não possui diâmetro mínimo determinado por norma;
• O sistema de giro apresentou não conformidade quanto à pressão instalada para realização do giro da máquina, quanto ao freio e ao rolamento;
• No sistema de translação, é esperado o escorregamento de algumas das rodas.

Conclusão

Neste estudo de caso, é possível observar a necessidade de avaliar estruturas em situações de sobrecarga, sejam elas em coberturas, passadiços, plataformas de operação ou de manutenção. Os critérios normativos devem ser seguidos e prever esse tipo de carregamento é essencial para mitigar riscos de colapsos estruturais.

Tendo isso em vista, a Kot Engenharia propôs ações a serem seguidas pela cliente para adequação do equipamento, de forma que ele opere segundo as normas requeridas. Essas ações incluem tanto reforços estruturais quanto monitoramento da máquina.

A Kot possui extenso know-how na análise estrutural e mecânica de empilhadeiras e máquinas de pátio no geral. Entre em contato com nossa equipe para maiores informações!

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