PONTE ROLANTE -

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FALCUDADE MAURICIO DE NASSAU
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECANICA
RELTÓRIO DE MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTES 
CÁLCULOS DE PONTE ROLANTE
Marco Aurélio Ferreira
Leênio Azevedo
Rafael Câmara
Natal
2017
Marco Aurélio Ferreira
Leênio Azevedo
Rafael Câmara
RELTÓRIO DE MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTES 
CÁLCULOS DE PONTE ROLANTE
Relatório técnico apresentado pelo curso de engenharia mecânica tem por finalidade mostrar
Os cálculos de um projeto de ponte rolante selecionada pelo prof.Marcelo Tanaka.
Natal
2017
SUMÁRIO
1.	OBJETIVO	4
2.	INTRODUÇÃO	4
4.	PARÂMETRO	5
5.	NOMECLATURA	5
6.	ESTRUTURAS	6
6.1.	CLASSIFICAÇÃO QUANTO À CLASSE DE UTILIZAÇÃO	6
6.2.	CLASSIFICAÇÃO QUANTO À ESTADOS DE CARGAS	6
6.3.	CLASSIFICAÇÃO QUANTO A ESTRUTURA DOS EQUIPAMENTOS	7
6.4.	CÁLCULO DA VIGA	8
7.	MECANISMOS	14
7.1.	Classificação quanto a classe de funcionamento	14
7.2.	Classificação quanto a solicitação do mecanismo	15
7.3.	Classificação quanto ao grupo mecanismo	15
7.4.	Classificação quanto aos cabos	16
7.5	CÁLCULOS DO CABO DE AÇO	17
7.6	CÁLCULO DO TAMBOR	18
8.	CONCLUSÃO	25
9.	REFERÊNCIAS	26
1. OBJETIVO
Este relatório apresenta características exigidas para dimensionamento de uma ponte rolantepara levantamento de cargas pesadas (14 toneladas cargas de serviço), seguindo as normais exigidas (NBR 8400), O objetivo é determinar dados para ponte rolante e todos os parâmetros selecionados e os cálculos realizados.
2. INTRODUÇÃO
Pontes rolantes são máquinas de elevação do tipo guindaste de ponte que tem os movimentos longitudinal, transversal e vertical motorizados. Dependendo de seu tamanho e potência, tem os seus movimentos comandados por um operador na cabina, ou por botoeira ao nível do piso.No Brasil as normas da ABNT que são levados em considerações para o projeto de pontes rolantes NBR 8400 - Cálculo de Equipamentos para Elevação e Movimentação de Carga - de 1984.
E para facilitar os processos à automatização e a mecanização os equipamentos tem um investimento bastante elevado, levando um aumento do custo do produto final. Dessa forma os projetos de pontes rolantes são bastante minuciosos para que não tenha um gasto excessivo na sua produção. Tamasauska, afirma que são necessários os seguintes dados técnicos para o desenvolvimento de um projetode uma ponte rolante: objetivo do equipamento, classificação dos mecanismos e estruturas conforme a norma NBR 8400, tensão elétrica de alimentação, ambiente de trabalho, sistemas de controle de rotação dos motores elétricos, carga útil, tipo do controle de movimentos, dispositivo de fixação da carga, vão, altura de elevação, velocidades dos movimentos, comprimento do caminho de rolamento, disponibilidade física e dimensional do local de operação do equipamento e intermitência (%) e classe de partida para os motores elétricos. Conforme a norma NBR 8400.
3. NORMAS
· ABNT NBR 9967 - Talhas com acionamento motorizado.
· ABNT NBR 8400 - Cálculo de equipamento para elevação e movimentação de cargas.
· ABNT NBR 9974 - Talhas de cabo de aço com acionamento motorizado
· ABNT NBR 11375 - Tambor para cabo de aço
4. PÂRAMETRO
· Altura de levante 7m
· Distância de translação de talha 6,5m
· Distância de translação da ponte 2,8m
· Carga de serviço 14000 kg
· Velocidade de translação da talha <0,3m/s
· Velocidade de translação da ponte <0,3m/s
· Velocidade de translação de elevação <0,3m/s
· Tempo médio diário de funcionamento 4h
· Aços Longos Estruturais W530x101
5. NOMECLATURA
SL = Solicitação devidas a carga de serviço. 
SH = Solicitações devidas a efeitos horizontais mais desfavoráveis.
SG = Solicitações devidas ao peso dos próprios elementos. 
Mx = Coeficiente de majoração.
K= média cúbica
Sm=depende do torque e freio
Sr= não depende dos motores
= Coeficiente dinâmico 
 =fator de segurança
=carga de ruptura mínima 
=carga admissível dos cabos e a carga de trabalho 
Tmáx. = Tensão máxima (MPa)
Tadm = Tensão admissível (MPa)
Te = Tensão de escoamento do material
Y = Distância da borda a até a linha neutra da viga
I = Momento de inércia (cm4)
C = Coeficiente de segurança de acordo com a 1,5
Mf = Momento fletor máximo (N.m)
Fadm = Flecha admissível 
P = Carga (N)
L = Comprimento da viga (m)
G = Módulo de elasticidade
T - Esforço máximo de tração (daN)
Q - Fator de dimensionamento 
dc - Diâmetro externo mínimo (mm)
6. ESTRUTURAS
Classifica a estrutura dos equipamentosem vários grupos são classificados de acordo com o serviço a ser executado, assim determinamos as solicitações para os parâmetros do projeto, dois fatores são levados em considerações:
a ) classe de utilização
b ) estado de carga.
6.1. CLASSIFICAÇÃO QUANTO À CLASSE DE UTILIZAÇÃO
Tabela 1 – Classes de utilização, ABNT NBR – 8400 de 1998.
São classificadas de acordo com a frequência de utilização do equipamento, definindo-se quatro classes, que servem de base para o cálculo das estruturas. Foi selecionada a utilização regular em serviços intermitente para um projeto onde o tempo de serviço médio é 4h a uma carga de serviço de 14000kg.
6.2. CLASSIFICAÇÃO QUANTO A ESTADOS DE CARGAS
Tabela 2 – Estados de Carga,ABNT NBR – 8400 de 1998.
O estado de carga e a capacidade que o equipamento faz o içamento com a carga máxima ou uma cargareduzida, durante o trabalho de sua vida útil. Assim escolhemos o estado 3 para cargas pesada com a fração de p=1 e carga de serviço de 14000 Kg.
6.3. CLASSIFICAÇÃO QUANTO A ESTRUTURA DOS EQUIPAMENTOS
Tabela 3 – Classificação da estrutura dos equipamentos (ou elementos da estrutura) em grupos,ABNT NBR – 8400 de 1998.
Depois que selecionamos as classe de utilização(B 2,0x105) e as cargas(3 pesados) com os resultados dados seleciona as classe do equipamento(5) que determina as tensões a serem levadas emconsideração no projeto dos elementos da estrutura.
Gráfico 1 – retirado da ABNT NBR – 8400 de 1998.
De acordo com nossos parâmetros da velocidade da ponte é de 0,3m/s aplicando na tabela, sempre escolhemos um valor acima, pois a tabela não fornece um valor exato do nosso parâmetro, então selecionamos o valor 0,4 dado na tabela.
Tabela 4 – Tempos de aceleração e acelerações,ABNT NBR – 8400 de 1998.
6.4. CALCULO DA VIGA
	
	Tabela de solicitações de ponte rolante
	
	Classe de utilização da estrutura
	Classe de utilização
	B=2,0x
	
	Estados cargas
	3 pesado p=1
	
	Estrutura do equipamento
	(3 pesado)+(2,0x=5
	Classe do mecanismo
	Classe de funcionamento
	V3= 4h<tm 8h = 12500h
	
	Solicitação do mecanismo
	3 p=2/3
	
	Grupo mecanismo
	(3)+(v3)=4m
	
	Cabos
	4m+0,375
SG – Solicitações devidas aos pesos dos próprios elementos
· Viga da ponte (101,1 kg/m x 7,5 m)=758,25 kg
· Talha e trole (Estimativa de peso)=500 kg
· 397,5+500=1258,25 kg
SL – Solicitações devido à carga de serviço 
· Carga de serviço=14000 kg
· Coeficiente dinâmico (Veloc. de elevação <0,3m/s)=1,18
· 14000*1,18=16520 kg
SH – Solicitações devidas a efeitos horizontais mais desfavoráveis
· Soma da carga nas rodas=5792 kg
· Coeficiente devido ao rolamento=0,12
· 5792*0,12=695 kg
Mx – Coeficiente de majoração
· Numero convencional de ciclos = 2,0x
· Grupo 4Mx = 1,06
carga real = 𝑆𝐿 + 𝑆𝐻 + 𝑆𝐺∗𝑀𝑥
carga real = ( 16520𝑘𝑔 + 695 𝑘𝑔 + 1258,25) ∗ 1,06
carga real= 195881.64kg
N/m
Quando a força peso estiver afastando do centro da viga e mais próximo dos apoios, vamos saber a carga em cada apoio.
· Momento fletor máximo na viga:
· Força cortante:
Dimensionamentoda viga será utilizado o perfil em “W” características dimensionais e propriedades geométricas de acordo com as normas ABNT NBR 15980:2011 e ASTM A6/A6M e catalogada pelo fabricante, catalogo da Gerdau:
	PROPRIEDADES MECANICAS
	
	ASTM A 572 Grau 50
	ASTM A 572 Grau 60*
	ASTM A 992*
	AÇO COR 500*
	ASTM A 131 AH32*
	ASTM A 131 AH36*
	Limite de Escoamento (MPa)
	345 mín
	415 mín
	345 a 450
	370 mín.
	315 mín.
	355 mín
	Limite de Resistência (MPa)
	450 mín.
	520 mín.
	450 mín
	500 mín.
	440 a 590
	490 a 620
	Alongamento após ruptura (%)
	18 mín
	16 mín.
	18 mín
	18 mín
	19 mín.
	19 mín.
Tabela PerfisEstruturais Gerdau.
E utilizamos os dados da tabela abaixo:
Tabela 5 – Valores de q, ABNT NBR – 8400 de 1998.
Tabela 6 – Valores de FS, ABNT NBR – 8400 de 1998.
Usando:
Precisamos achar o módulo resistente que é a divisão do momento fletor máximo()pela tensão admissível(), multiplicamos a tensão por mim para achar em mm³.
	TEBELA DA GERDAU DE PERFIL ESTRUTURA
(BITOLA)
	Bitola
mm x kg/m
	Massa Linear
Kg/m
	d
mm
	
mm
	
mm
	
	h
mm
	d’
mm
	Area 
cm²
	
	
	
	
	W530X101,0
	101,0
	537
	210
	10,9
	17,4
	502
	470
	130,0
	62198
	2316,5
	21,87
	2640,4
	W530X109,0
	109,0
	539
	211
	11,6
	18,8
	501
	469
	139,7
	67226
	2494,5
	21,94
	2847,0
	W310X158,0
(H)*
	158,0
	327
	310
	15,5
	25,1
	277
	245
	200,7
	38681
	2365,8
	13,88
	2675,7
Tabela Perfis Estruturais Gerdau.
Vamos determina o perfil da estrutura de acordo com tabela depois de achar o modulo resistente , escolhemos o mais próximo do valor sempre para cima, então escolhemos três tipos de perfis mais próximo do nosso modulo. Escolhemos o perfil com a menor área e menor peso em razão do custo e o próprio peso da estrutura que aumenta consequentemente.Sabendo que:
=densidade
=massa
=volume
· Para perfil W530X101,0:
· Para perfilW530X109,0:
· Para o perfil W310X158,0(H)*
Para seleção tivemos densidade com resultado bem parecido então escolhemos o perfil w530x101,0.
Agora vamos calcular a tensão normal da viga onde os dados são selecionados pela tabela em cima o momento de inércia =62198 e o momento fletor máximo calculado anteriormente .
=tensão normal
=momento de inercia 
Tensão de cisalhamento ela é 60% da tensão de admissão ou seja:
Coeficiente de segurança:
Depois de todos os cálculos das tensões, vamos verificar se a viga suporta a tensão de cisalhamento que é dado por:
Sabendo que a área alma da viga é sempre localizada pela região central onde suporta o maior esforço aplicado, é dado por:
7. MECANISMOS
Depois de ser selecionada toda parte de estrutura, começamos a selecionar o mecanismo, utilizado para o projeto seguindo a normas e os parâmetros adotados. E os fatores a ser tomados emconta para a escolha do projeto que pertence um determinado mecanismo são:
a ) classe de funcionamento
b ) estado de solicitação
7.1. Classificação quanto a classe de funcionamento
Tabela 7 – Classe de Funcionamento, ABNT NBR – 8400 de 1998.
São classificados de acordo com o serviço do mecanismo assim classificamos o tempo médio diário de funcionamento em 4h que é um numero estimado em horas de funcionamento do mecanismo, dado como parâmetro, e selecionado na tabela a classe de funcionamento (v3). 
7.2. Classificação quanto a solicitação do mecanismo
Tabela 8 – Estado de solicitação dos mecanismos, ABNT NBR – 8400 de 1998.
Selecionamos a quantidade de horas diárias de funcionamento do mecanismo e o estado de solicitação 3 onde o mecanismo e submetido na maiorias das vezes a solicitação próxima a máxima, temos a fração P=2/3, para os mecanismos utilizados regularmente durante o ano.
7.3. Classificação quanto ao grupo mecanismo
Tabela 9 – Grupos dos Mecanismos, ABNT NBR – 8400 de 1998.
Após a seleção de classes de funcionamento do equipamento(v3) e a solicitação do mecanismo(3) achado as classes de funcionamento (4m), para determinar o próximo passo a seleção dos cabos.
· Os mecanismos são submetidos a duas espécies de solicitações:
a) as originadas por torques dos motores e freios, representadas por 
b) as que não dependem de ação dos motores ou dos freios, 
· Casos de solicitações
São previstos nos cálculos três casos de solicitações:
a) caso I - serviço normal sem vento;
b) caso II - serviço normal com vento;
c) caso III - solicitações excepcionais
· Os movimentos que equipamentos realizam
a) movimento vertical
b) movimento horizontal
c) movimento combinado
Selecionando para o projeto o , serviço sem vento, e movimentação combinada.
7.4. Classificação quanto aos cabos
Tabela 10 – Valores mínimos de q, ABNT NBR – 8400 de 1998.
A seleção e feita de para os cabos com a seleção do grupo de funcionamento 4m= 0,375 que determina o valor de Q de cabos normal, então foi escolhida esse tipo de mecanismo com jogo de 3 polias sendo 1 compensadora e 4 gêmeas de cabos.
7.5 CALCULOS DO CABO DE AÇO
Para determina o diâmetro externo do cabo utiliza a formula:
Onde:
T - Esforço máximo de tração (daN)
Q - Fator de dimensionamento 
dc - Diâmetro externo mínimo (mm)
Para acha a esforço máximo de tração (daN) utiliza a formula 
Acrescentando os 10% do esforço resultante do atrito da polia e a força de aceleração que é determina pela regra da nbr 8400.
E somando com:
Temos:
 – Solicitações devido à carga de serviço.
-Solicitações devidas aos pesos dos próprios elementos.
-Coeficiente dinâmico 
Sabendo que rendimento mecânico do mancal da polia (0,99 mancais de rolamento). E determinou que o número de cabos para sustentaçãoé 4 e números das polias são 3 para o sistema:
Depois de obtemos todas as informações, aplicamos na formula:
Encontrando o valor esforço máximo de tração 494,89daN, e selecionado o valor de Q=0,375 da tabela dos cabos, e aplicando na formula:
Obtemos:
Para cargas de trabalho e fatores de segurança, determinamos fator de segurança 7 para uma ponte rolante e transformamos o esforço máximo de tração 4948,96N em 504,65kgf.
=fator de segurança
=carga de ruptura mínima 
=cabo e a carga de trabalho 
7.6 CALCULO DO TAMBOR
Após a seleção do diâmetro do cabo da ponte rolante, vamos determinar a seleção do tambor, utilizando o grupo do mecanismo 4m e selecionando na tabela, usamos a formula:
Tabela 11 – Valores H1,ABNT NBR – 8400 de 1998.
Para o uso de polia compensadora no sistema utilizamos 
Tabela 12 – Valores de H2,ABNT NBR – 8400 de 1998.
Somamos todos para o sistema de polias, Onde:
W=1 para tambor
W=2 para polias sem inversão de cabos.
W=4 para polias com inversão de cabos
W=0 para polias compensadoras
	Tabela de seleção do tambor e polias
	MECANISMO
	Ø CABO
	H1
	H2
	RESULTADO
	TAMBOR
	8,34
	22,4
	1
	8,34*20*1=166,8mm
	POLIA MOVEIS
	8,34
	25
	1,12
	8,34*22,4*1,12=209,23mm
	POLIA COMPENSADORA
	8,34
	16
	1
	8,34*16*1=133,44mm
Segundo a NBR 11375 onde o diâmetro do cabo) determina do dimensionamento do tambor como passo e ranhuras.
Tabela 13 – Dimensões das ranhuras,ABNT NBR – 8400 de 1998.
Depois da seleção do tambor, veremos o comprimento do cabo onde a altura a ser içamento é 7m e as vantagens mecânicas que são determinadas pelas quantidades de polias que distribui as forças no cabo = 4.
= comprimento do cabo a ser enrolado total
= vantagens mecânicas
= altura de elevação
Próximo passo é determina as dimensões do tambor onde já temos um dado o diâmetro nominal(166,8mm) e os dados utilizados na tabela da norma NBR 11375.
ABNT NBR 11375.
· Diâmetro nominal=166,8mm
· Diâmetro primitivo==166,8+8,34=175,14mm
· Diâmetro a= =166,8+2*3,0-175,14=2,31mm
· Diâmetro externo==175,14-2*2,31=170,52mm
· Diâmetro interno= =166,8-2x7,94=150,92mm
Após determina todos os diâmetros primitivo e externo do tambor falta encontrar o diâmetro interno, que é determinado pela espessura da chapa. Assim utilizamos as formulas:
,
E utilizamos os dados das tabelas abaixo:
Tabela 5 – Valores de q, ABNT NBR – 8400 de 1998.
Tabela 6 – Valores de FS, ABNT NBR – 8400 de 1998.
Usando:
Utilizando a chapa 5/16”= 7,94, como ultimo dado para à formula a seguir.
=32,80MPa
P=9,5mm
=380Mpa
q=1,40
h=7.94mm
Próximo passo é encontrar a flexão localizada e a expressão que determina a tensão:
 mm = 175,14mm
h= 6,34mm
T= 
Aplicando na formula:
Após de determinar astensões de ruptura e flexão e admissão, a relação da soma das tensões de ruptura e flexão não podem ultrapassar as tensão de admissão seguindo a norma da NBR8400:
32,80+22,43≤96,94
Agora passamos para analisar a flexão do tambor, anteriormente encontramos a flexão localizada.
Para encontrar o comprimento do tambor verificamos todas as tensões e logo em seguida sabemos que o comprimento do cabo total é de e 14 metros enrolado paracada lado do tambor. Calculando o numero de expiras 
=25,4426
Para determinar o total de expiras deixamos sempre de 2 a 3 canais de folga para cada lado do tambor.Usando:
Adicionando do passo (P=9,5mm) na formula temos o comprimento do tambor.
Para achar o comprimento total do tambor.
=209,23+(5*8,34)=250,93mm
 ==112,95mm
ABNT NBR 11375.
Falta a soma dos diâmetros dos mancais somando com o comprimento final do tambor, sendo que = 6,35mm e os apoio do tambor sendo a=b= 50mm dando definidos e dados.
ABNT NBR 11375.
Onde:
Ou 1,14008m
8. CONCLUSÃO
Para seleção de todo os materiais, foi dado todos os parâmetro e feito todos os cálculos de estrutura de vigas, assim utilizamos o aço W530X101,0, que tem as melhores resistência e na menor densidade e massa linear da estrutura.
Assim determinamos todos os calculos estruturais da nossa viga e todos os parâmetros dos mecanismo da estrutura como dimencionamento dos cabos tambores e talhas somando com o peso da viga para determiner todos os calculos das tensões aonde a viga pode suporta.
9. REFERENCIAS
ABNT-ASSOCIAÇÃOBRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.	NBR 8400:Cálculo de equipamento para levantamento e movimentação de cargas. Comitê Brasileiro de Mecânica. Rio de janeiro, 1984.
TAMASAUSKAS, Arthur. Metodologia do Projeto Básico de Equipamento de Manuseio e Transporte de Cargas - Ponte Rolante - aplicação Não-Siderúrgica. 2000. Mestrado em Engenharia Mecânica. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo
WIKIPEDIA. Ponte rolante. Disponível em:<https://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte_rolante> acesso em: 15 maio 2017.
ABNT-ASSOCIAÇÃOBRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.	NBR 9986: talhas com acionamento motorizado. Comitê Brasileiro de Mecânica. Rio de janeiro, 1987
ABNT-ASSOCIAÇÃOBRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.	NBR 11375: Tambor para cabo de aço. Comitê Brasileiro de Mecânica, Comissão de Estudo de Pontes Rolantes. Rio de janeiro, DEZ./1989.
GERDAU. tabela de perfil de estrutura, disponivel EM:https://www.gerdau.com/br/pt/productsservices/products/Document%20Gallery/perfil-estrutural-tabela-de-bitolas.pdf >acesso em 18 de maio de 2017.
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