Trabalho Projeto Retomadora Empilhadeira

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CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - FACET
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
PROJETO DE SISTEMA DE GIRO DE UMA EMPILHADEIRA/RECUPERADORA
BELO HORIZONTE
2016
PROJETO DE SISTEMA DE GIRO DE UMA EMPILHADEIRA/RECUPERADORA
Relatório de Projeto de Sistemas Mecânicos do curso de Engenharia Mecânica, da Faculdade Ciências Exatas e de Tecnologia - FACET, do Centro Universitário Newton Paiva.
Orientador:
BELO HORIZONTE
2016
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Componentes utilizados no Projeto da Empilhadeira/Retomadora	10
Tabela 2 - Rendimento e Fator de Potência Motor W22 IR24 Super Premium	12
Tabela 3 - Especificações do Acoplamento	14
Tabela 4 – Especificações das Sapatas de Freio	16
Tabela 5 - Especificações das Polias	17
Tabela 6 - Especificações dos Redutores	19
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Motor WEG W22 IR24 Super Premium 	11
Figura 2 - Características Motor W22 IR24 Super Premium 	12
Figura 3 - Especificações do Motor W22 IR4 Super Premium 	13
Figura 4 – Acoplamento Selecionado	14
Figura 5 - Freios Eletro-hidráulicos De Sapatas VULKAN	15
Figura 6 – Polias de acordo com Norma DIN 15431	17
Figura 7 - Atuadores Eletro-hidraulicos VULKAN	18
F
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO..............................................................................................	5
2	DESENVOLVIMENTO..................................................................................	6
2.1	OBJETIVO GERAL.......................................................................................	6
2.1.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.........................................................................	6
2.2	METODOLOGIA............................................................................................	7
2.2.1 POTÊNCIA ESTIMADA.................................................................................7
2.2.2	MOTOR ELÉTRICO......................................................................................	7
2.2.3	REDUTORES................................................................................................	8
2.2.4	ACOPLAMENTOS........................................................................................	8
2.2.5	FREIOS.........................................................................................................	9
2.2.6	RODAS..........................................................................................................	9
2.2.7	EIXOS...........................................................................................................	10
2.2.7	PINHÃO E CREMALHEIRA..........................................................................	10
3 RESUMO DOS RESULTADOS..........................................................................	11
4 RESULTADOS DETALHADOS..........................................................................	12
4.1 MOTOR ELÉTRICO.........................................................................................	12
4.2 ACOPLAMENTOS...........................................................................................	14
4.3 FREIOS............................................................................................................	16
4.4	POLIA............................................................................................................	18
4.5 ATUADOR.......................................................................................................	19
REFERÊNCIAS.............................................................................................	21
1 INTRODUÇÃO
Nas usinas de beneficiamento de minério do mundo inteiro, se faz necessária a estocagem do produto final em um pátio adequado para reserva, seja para uma parada programada ou uma parada de emergência da mina, ou para aguardar a chegada da locomotiva para carregamento dos vagões.
A estocagem em pilhas é o método mais usado na mineração, uma vez que devido a tamanho das pilhas, a estocagem pode ser feita em grandes quantidades e com um custo relativamente baixo, quando comparado com a estocagem em silos.
Para a formação da pilha, é necessário um equipamento conhecido como empilhadeira ou recuperadora. Este equipamento é utilizado para formar as pilhas de minério nos pátios de estocagem e depois para recuperar o minério das pilhas e descarregar em algum transportador ou vagão.
Baseado na proposta de projetos de sistemas mecânicos, visamos entender os métodos básicos para o dimensionamento deste equipamento, buscamos conhecer todas as etapas envolvidas no desenvolvimento de uma empilhadeira/recuperadora, assim como, demonstrar os cálculos e ferramentas utilizadas para projetá-la em dimensões reais.
	Requisitos do equipamento: 
	 
Diâmetros primitivos: 585 mm (pinhão) e 5720 mm (cremalheira); 
Relação de transmissão do redutor: 940,5; 
Relação de transmissão do par pinhão/cremalheira: 9,78; 
Limites de escoamento e ruptura: 550 MPa e 800 MPa, respectivamente; 
Dureza Brinell: 320 HB; 
Números de dentes: 9 
Módulo: 65 mm; 
Largura da face do dente: 210 mm; 
Carga total da parte superior da empilhadeira/recuperadora (considerando minério em cima): 840,0 t; 
Coeficiente de resistência ao rolamento: 0,01; 
Torque devido ao vento: 1500 kN.m; 
Torque devido a força de corte: 740 kN.m; 
Massa da estrutura da empilhadeira/recuperadora: 490,0 t; 
Velocidade de translação: 15 m/min;
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 OBJETIVO GERAL 
Verificar se os componentes de giro de uma empilhadeira/recuperadora atendem aos requisitos do projeto, caso não atendam, especificar novos componentes
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
	Dimensionar e especificar:
Motor elétrico
Redutor;
Acoplamentos;
Freios;
Rodas
Eixo das rodas
Rolamento de Giro
Pinhão e Cremalheira
Calcular os parâmetros do projeto com o auxílio do software Smath.
2.2 METODOLOGIA
Com base nos conhecimentos em diversas matérias aplicadas ao longo do curso de graduação em Engenharia Mecânica, os cálculos serão realizados seguindo fórmulas
 
2.2.1	POTÊNCIA ESTIMADA
Segundo catálogo WEG (2009), a potência exprime a rapidez com que a energia é aplicada e se calcula dividindo a energia ou o trabalho total pelo tempo gasto em realiza-lo. De posse dos dados fornecidos para o projeto, é possível se chegar a potência estimada por meio da seguinte formulação:
Potência em Watts = 2,414*105
2.2.2	MOTOR ELÉTRICO
Na seleção do motor elétrico, é levado em conta os parâmetros do item 3.1. Para selecionar o motor a ser utilizado no projeto, a potência requerida é o nosso principal fator de indicação, de posse desse dado é de fácil assimilação do componente em algum catálogo de fornecedores que melhor atende o projeto.
2.2.3	REDUTORES
De acordo com a norma NBR 13766:1997, para a seleção do redutor adotou-se a relação entre o torque de sáida gerado pelo motor eletrico e pelo torque de entrada no componente. O calculo dos (te) torques de entrada são realizados atraves da seguinte formula: 
Posteriormente, é devido encontrar a relação entre o torque de entrada e (tm) de redução nominal total. 
Através da potencia do redutor e as rotações de entrada e saída, podemos selecionar o redutor. Para selecionar o redutor, é necessário conhecer a potência do mesmo. Com os dados obtidos de (Pe) e o fator de segunraça, seguimos a seguinte formulaçao:
2.2.4	ACOPLAMENTOS
Os dados do item 3.5, nos auxilia nos cálculos dos acoplamentos. Acoplamentos são elementos muito utilizados na indústria para transmissão de rotação e torque, ligação de eixos e também proteger os dispendiosos equipamentos motores e movidos do desalinhamento, cargas de choques, vibrações e cargas axiais. Cálculo do torque do acoplamento de alta rotação:
Torque = 200,8968 N*m
2.2.5 FREIOS
Os freios de sapata funcionam da seguinte maneira: As sapatas são impulsionadaspelos êmbolos do cilindro de roda e exercem pressão sobre o tambor. Quando o freio é acionado, as sapatas de freio são empurradas contra o tambor. Isto permite a frenagem do equipamento. Em geral, a eficiência de frenagem do sistema varia entre 15 a 30%.
2.2.6 RODAS
Uma roda é um componente circular, que se destina a girar sobre um eixo de rolamento. As rodas permitem que objetos pesados ​possam ser facilmente movidos, afim de facilitar a circulação ou transporte, apoiando uma carga, ou a realização de trabalho em máquinas. As rodas são usadas para transporte e em máquinas mecânicas devido ao seu movimento rotativo realizado na parte interior da mesma.
Os exemplos mais comuns são encontrados nos usos para transporte. Uma roda reduz grandemente a fricção, facilitando o movimento de rolamento juntamente com a utilização de eixos. Para que as rodas comecem a girar, um momento tem que ser aplicada à roda em torno do seu eixo, ou por meio da gravidade, ou pela aplicação de uma outra força externa ou de binário.
A roda transmite de maneira amplificada para o eixo de rotação qualquer força aplicada na sua borda, reduzindo a transmissão tanto da velocidade quanto da distância que foram aplicadas. 
Similarmente, a roda transmite de maneira reduzida para a borda qualquer força aplicada no seu eixo de rotação, amplificando a transmissão tanto da velocidade quanto da distância que foram aplicadas.
Um fator importante para determinar a transmissão de força, velocidade e distância é a relação entre o diâmetro da borda da roda e o diâmetro do eixo.
Em máquinas, a roda age principalmente acoplando-se a outras rodas, de modo a transmitir velocidade e torque através do seu típico movimento circular. Exemplos de rodas especializadas usadas em máquinas são a engrenagem e a polia.
2.2.7 EIXO
Um eixo nada mais é a peça mecânica que faz a ligação entre a roda e o chassi de um veículo ou de uma máquina. Ele serve para guiar o movimento de rotação a uma parte ou um conjunto de peças, como uma roda ou engrenagens. O eixo localiza-se geralmente entre as rodas, ligado ao centro da roda.
2.2.8 PINHÃO E CREMALHEIRA
O mecanismo pinhão-cremalheira tem por finalidade a transformação de um movimento de rotação ou circular (pinhão) em um movimento retilíneo (cremalheira) ou vice-versa. Este mecanismo como seu mesmo nome indica está formado por dois elementos componentes que são o pinhão e a cremalheira.
O pinhão é uma roda dentada normalmente com forma cilíndrica que descreve um movimento de rotação ao redor de seu eixo. 
A cremalheira é uma peça dentada que descreve um movimento retilíneo em um ou outro sentido segundo a rotação do pinhão.
O mecanismo pinhão-cremalheira funciona como uma engrenagem simples, isto significa que tanto a cremalheira como o pinhão têm de ter o mesmo passo circular e, em consequência, o mesmo módulo.
3 RESUMO DOS RESULTADOS
Tabela 1 - Componentes utilizados no Projeto Da Retomadora
	Resultados
	Motor
	Fabricante
	WEG
	Número de Polos
	6
	Rotação Nominal
	1190 (rpm)
	Potência
	75 (kW)
	Modelo/Código
	IR4 Super Premium
	Redutor
	Fabricante
	Brevini
	Fator de Redução
	1899
	Torque
	85.000 (N.m)
	Modelo/Código
	EQ 4020
	Acoplamento
	Fabricante
	Coupling
	Fator de Serviço
	1
	Torque Máximo
	2800 (N.m)
	Modelo/Código
	1080T
	Freios
	Fabricante
	Vulkan
	Tipo
	Eletro-hidráulicos de Sapatas
	Peso
	132 Kg
	Torque Mínimo/Máximo
	675/1350 Nm
	Modelo/Código
	FEHSD-400 AEH-80/6
4 RESULTADOS DETALHADOS
A partir dos dados dispostos para início do projeto, os cálculos analíticos foram realizados e estão dispostos no apêndice. Para início do projeto, começamos a definir alguns parâmetros a medida que a sua necessidade foi surgindo.
4.1	MOTOR ELÉTRICO
De acordo com os cálculos efetuados no item 3.1, escolhemos o motor elétrico de 75KW W22 IR4 Super Premium para garantir o correto funcionamento conforme figura a seguir:
Figura 1 - Motor WEG W22 IR24 Super Premium
FONTE: Disponível em:http://ecatalog.weg.net/TEC_CAT/tech_motor_dat_web.asp.Acesso em 18/04/2016
Figura 2 - Características Motor W22 IR24 Super Premium
FONTE: Disponível em:http://ecatalog.weg.net/TEC_CAT/tech_motor_dat_web.asp.Acesso em 18/04/2016
Tabela 2 - Rendimento e Fator de Potência Motor W22 IR24 Super Premium
FONTE: Disponível em:http://ecatalog.weg.net/TEC_CAT/tech_motor_dat_web.asp. Feito pelos Autores. Acesso em 18/04/2016
Figura 3 – Especificações do Motor W22 IR4 Super Premium
Fonte: www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Motores-Eletricos
4.2 ACOPLAMENTO
Cálculo do torque do acoplamento:
Torque (Nm)= (P(kW) x F.S)/ n(RPM)
Figura 04 – Acoplamento selecionado
FONTE: Disponível em: http://www.rexnord.com.br/wp-content/uploads/2014/05/428-110-p.pdf. Acesso em 17/04/2016
Tabela 3 – Especificações do Acoplamento
FONTE: Disponível em: http://www.rexnord.com.br/wp-content/uploads/2014/05/428-110-p.pdfAcesso em 17/04/2016
Acoplamento selecionado:
MODELO TIPO T, tamanho 1080T, com torque máximo de 2050 N.m e rotação máxima de 4750 RPM.
4.3 FREIOS
Os freios de sapata funcionam da seguinte maneira: As sapatas são impulsionadas pelos êmbolos do cilindro de roda e exercem pressão sobre o tambor. Quando o freio é acionado, as sapatas de freio são empurradas contra o tambor. Isto permite a frenagem do equipamento. Em geral, a eficiência de frenagem do sistema varia entre 15 a 30%.
Figura 5 - Freios Eletro-hidráulicos De Sapatas VULKAN
Tabela 04 – Especificações das sapatas de freio
4.4 POLIA
Figura 06 - Polias de acordo com Norma DIN 15431
Tabela 05 – Especificação das Polias
Obs.: a polia de 400mm de diâmetro é a pedida para o modelo de freio indicado
4.5 ATUADOR
Figura 07 – Atuadores Eletro-hidraulicos VULKAN
Tabela 06 – Especificação dos redutores
REFERÊNCIAS
ALVES FILHO, Avelino. Elementos Finitos – A base da tecnologia CAE. 5ª Ed. São Paulo; Érica, 2010.
SHIGLEY, Joseph E.; MISCHAKE, Charles R.; BUDYNAS, Richard G. Projeto de Engenharia Mecânica. 7ed. Bookman. 2005.
Disponível em www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Motores-Eletricos Acesso: 10 de Abril de 2016.
Disponível em http://www.metso.com.br/produtos/manuseio-de-graneis/empilhadeira-retomadora-de-roda-de-cacambas/. Acesso: 10 de Abril de 2016.
Disponível em
http://www.fem.unicamp.br/~lafer/em618/pdf/Freios%20e%20Embreagens.pdf Acesso: 18 de Abril de 2016.
Disponível em http://ecatalog.weg.net/tec_cat/tech_motor_sel_web.asp. Acesso: 18 de Abril de 2016.
Disponível em 
http://www.cbfcorp.com.br/novo/downloads/vulkan/Industrial_de_Sapatas.pdf. Acesso: 18 de Abril de 2016.
Disponível em http://www.pticorp.com.br/assets/Catalogo_PTI_Acoplamentos_-_vers%C3%A3o_digital.pdf. Acesso: 18 de Abril de 2016.
Disponível em http://www.brevinipowertransmission.com/wp-content/uploads/2014/03/C010_BR_Industrial_6-languages.pdf. Acesso: 18 de Abril de 2016.