Introducción

Las apiladoras de mineral son máquinas de patio utilizadas habitualmente en los corrales de almacenamiento para formar pilas de material. Para ello, cuentan con una estructura metálica que incluye sistemas de desplazamiento, giro e inclinación. Por lo tanto, es necesario evaluar el equipo tanto desde el punto de vista de los criterios estructurales como de los sistemas mecánicos.

Kot se encargó de comprobar el diseño de una carretilla elevadora para adaptarlo a las normas reglamentarias de una empresa cliente. Esto es necesario para evaluar la seguridad de los activos y evitar así consecuencias catastróficas para las personas y el medio ambiente.

El equipo en cuestión transporta mineral de hierro, con una capacidad de 4.200 t/h. Además de analizar los requisitos reglamentarios, el estudio también incluyó análisis estructurales, de estabilidad global, modales y mecánicos de la máquina, que se presentarán en este estudio de caso.

Modelización tridimensional

La primera etapa del proceso de análisis estructural mediante el método de los elementos finitos es la modelización de la estructura. En el caso de la carretilla elevadora, el modelo estructural se elaboró en elementos de barra y de cáscara, para regiones formadas por perfiles estructurales y placas, respectivamente. Los subsistemas se muestran en la figura 1.

Figura 1: Modelo completo de elementos finitos de la estructura.

Las cargas aplicadas al modelo incluyen el peso propio, la carga de material, la tracción de la cinta para diferentes regímenes de funcionamiento, la carga de ensuciamiento del material en la estructura, las sobrecargas, el atasco del vertedero, entre otras. Estas cargas se combinaron para diferentes consideraciones, tal y como exige la norma, con el fin de realizar el análisis estructural y mecánico.

Análisis

• Análisis estático

Durante el análisis estático de la parte inferior y del tripper de la carretilla elevadora, se comprobó que los índices de utilización eran superiores a los admisibles para la condición de funcionamiento de sobrecarga de la estructura. En esta condición fallaron tanto los elementos de barra del tripper (figura 2) como los elementos modelados en forma de concha de la plataforma giratoria (figura 3).

Figura 2: Envolvente de los índices de utilización en elementos de barras de disparo para el funcionamiento con sobrecarga.

Figura 3: Envolvente de los índices de utilización en elementos de armazón de plataforma giratoria.

• Análisis de fatiga

El análisis de fatiga se realizó teniendo en cuenta el número de repeticiones cíclicas exigido por la norma. Se identificaron índices de utilización superiores a los admisibles en la parte trasera de la pluma y en la plataforma giratoria, como puede verse en la figura 4.

Figura 4: Índices de utilización de la fatiga de los elementos de cáscara.

• Análisis de pandeo local

Se lleva a cabo un análisis de pandeo local para elementos modelados en cáscara, en el que las tensiones de von Mises actuantes, tras calcular los valores propios, se comparan con las tensiones admisibles. Se trata de una comprobación importante para las regiones sometidas típicamente a cargas de compresión, que pueden generar el efecto de fallo elástico local de los componentes. La estructura fue aprobada, como se muestra en la figura 5.

Figura 5: Modo de pandeo - estructura aprobada.

• Análisis de enlaces

Las conexiones rígidas soldadas fallaron en la parte superior del mástil de la cola del tripper para la combinación de sobrecarga. Lo mismo ocurre con las conexiones rígidas de las placas extremas cuando se evalúan en combinaciones con cargas de ensuciamiento del vertedero y cargas de viento.

• Análisis de estabilidad global

Este tipo de análisis considera un polígono de estabilidad en el que cada arista se considera un eje de posible vuelco, como se muestra en la figura 6. Este análisis también falló la estructura para combinaciones con sobrecarga en la pluma.

Figura 6: Polígono de estabilidad considerado en el análisis de la carretilla elevadora completa.

• Análisis modal

El análisis modal indica la posibilidad de que la estructura resuene con fuentes de excitación. Estas fuentes pueden ser, por ejemplo, el viento, los tambores, los rodillos transportadores de la pluma y la oscilación de la correa. Se encontraron algunas situaciones de alerta, como se muestra en la vista deformada de la figura 7, que se produce cuando la oscilación de la cinta es una fuente de excitación.

Figura 7: Deformación a partir del análisis modal.

• Análisis mecánico

El análisis mecánico incluyó la cinta transportadora situada en la pluma y los sistemas de volteo, giro y desplazamiento. Algunas de las no conformidades encontradas fueron:

• Uno de los tambores no tiene un diámetro mínimo normalizado;
• El sistema de giro no cumplía los requisitos en cuanto a la presión instalada para hacer girar la máquina, el freno y el cojinete;
• En el sistema de desplazamiento, es de esperar que algunas ruedas patinen.

Conclusión

Este caso práctico muestra la necesidad de evaluar las estructuras en situaciones de sobrecarga, ya se trate de cubiertas, pasarelas o plataformas operativas o de mantenimiento. Deben seguirse criterios normativos y prever este tipo de cargas es esencial para mitigar el riesgo de colapso estructural.

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 mais informações!

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