A Kot Engenharia realizou a análise estrutural e mecânica de uma empilhadeira de 4.200t/h, identificando pontos de atenção e oportunidades para aumentar a confiabilidade e a segurança do equipamento. Portanto, se a sua operação depende de ativos de grande porte e precisa de decisões técnicas embasadas, continue a leitura. 

 

1. Introdução à análise estrutural e mecânica de empilhadeiras de minério

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.

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

 

2. Modelagem tridimensional da empilhadeira

A primeira etapa no processo de análise estrutural pelo método dos elementos finitos é a modelagem da estrutura. Especificamente, 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.

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.

 

3. Análises estruturais e mecânicas realizadas

3.1. 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. Como resultado, essa condição reprovou tanto elementos de barra do tripper (Figura 2) quanto elementos modelados em casca da mesa de giro (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.

3.2. Análise de fadiga

A análise de fadiga foi realizada considerando o número de repetições cíclicas previstas por norma. Consequentemente, 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.

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

 

3.3. Análise de flambagem 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.

3.4. Análise de ligações

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.

 

3.5. 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. Além disso, esta análise reprovou a estrutura para combinações com sobrecarga na lança.

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

 

 

3.6. Análise 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.

 

3.7. Análise mecânica

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.

 

4. Conclusões e recomendações

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.

5. Análise estrutural é com a Kot Engenharia

A Kot Engenharia possui extenso know-how na análise estrutural e mecânica de empilhadeiras e máquinas de pátio no geral.

Se você, assim como nossos mais de 150 clientes, busca soluções especializadas em análise estrutural ou prevenção de falhas como deformações, vibrações e corrosão, consulte nossa equipe e conte com a Kot. 

Desde 1993, oferecemos serviços de consultoria em engenharia por meio de estudos técnicos com o uso de ensaios não destrutivos, instrumentação de campo e simulações computacionais (FEM, DEM e CFD) para diagnósticos de alta complexidade em estruturas de concreto, metálicas e equipamentos industriais. 

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