MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE AULA 7 MECANISMOS DE RETENÇÃO E FREIOS PROF.: KAIO DUTRA
Mecanismos de Retenção Mecanismos de retenção devem ser usados para assegurar que a carga permanecerá imóvel enquanto não estiver recebendo nenhum comando de operação. Estes mecânicos são de extrema importância, pois representam a segurança nas operação, garantindo que a carga não cairá quando estiver sendo erguida ou descida.
Mecanismos de Retenção Mecanismo de Catraca Este tipo de mecanismo compreende uma roda de catraca e uma lingueta. Os dentes da catraca podem ser dispostos externa ou internamente à roda, ou ao seu lado. Os dentes são de tal forma que a catraca corre livre, quando a carga estiver sendo elevada.
Mecanismos de Retenção Mecanismo de Catraca Dependendo de sua finalidade, uma roda de catraca pode ser projetada com diferentes números de dentes: z=6 a 8, para macacos de cremalheira e pinhão, catracas e freios aplicadas pela carga elevada (talha de parafuso sem fim); z=12 a 20, para retenção por catraca independente; z=16 a 25, mais usados para freios do tipo catraca.
Mecanismos de Retenção Mecanismo de Catraca Os dentes de uma catraca, com engrenamento externo, são verificados à flexão pela formula: m = 2 3 M 2ψσ flex Onde: m módulo da catraca (m=diâmetro externo/número de dentes); ψ fator que relaciona a espessura da catraca com o seu módulo (ψ=b/m) normalmente assume valores entre 1,5 e 3; n= número de dentes da catraca; σ flex - tensão de flexão (300 a 500 Kgf/cm² para aços de baixo teor de carbono.)
Mecanismos de Retenção Mecanismo de Catraca A velocidade periférica da roda da catraca é diretamente proporcional ao seu diâmetro. Impacto a altas velocidades é diminuído pelo emprego de passos e dentes menores: pode-se, também, usar duas ou mais linguetas, cujos pontos de engrenamento sejam deslocados por uma fração correspondente do passo.
Mecanismos de Retenção Mecanismo de Catraca Os dentes internos das rodas de catracas são muito mais fortes que os externos. Por essa razão, sua equação de resistência tem formula pouco diferente: m = 3 M nψσ flex
Mecanismos de Retenção Mecanismo de Catraca Catracas de Roletes: Amplamente usadas, as catracas de roletes são normalmente empregadas com combinação com freios. A arvore, que deve ser parada, suporta a bucha, provida com recessos para os roletes. Os roletes não dificultam a rotação anti-horária da bucha, juntamente com a arvore. Quando a arvore começa a girar, no sentido horário, sobe ação da carga, os roletes tornam-se cunhas nos recessos da bucha e são forçados contra o anel fixo.
Freios de Sapatas Em maquinário de elevação, os freios tem por objetivo controlar a velocidade de descida da carga ou mantê-la suspensa, parada. Os freios também são usados para absorver a inércia das massas em movimento. Dependendo da sua finalidade, os freios são classificados como: Estacionamento (parada); De descida; Tipos combinados, servido para parar e controlar a velocidade de descida da carga. Há freios operados e automáticos. Os freios operados incluem: os de sapata ou bloco, de fita, cônicos, de disco, entre outros. Entre os freios automáticos então os freios centrífugos (para controlar as velocidades) e freios aplicados pelo peso da carga elevada.
Freios de Sapatas Principio de Operação Para mecânicos com somente uma sapata, como a ação unidirecional de uma sapata causa deformação de flexão na arvore do freio. Desta forma, freios com uma sapata somente são empregados para retardar pequenos torques. A compressão exercida pela sapata, na polia do freio, deve ser tal que a força de atrito produzida na superfície da polia contrabalance a força periférica (normalmente o troque direto do motor acionador).
Freios de Sapatas Principio de Operação Freios de duas sapatas: São amplamente usados em mecânicos de elevação, translação e de rotação de guindastes e distinguem-se do freio de uma sapata por não produzir deformações de flexão na arvore do freio. Guinchos e guindastes, acionados eletricamente, usam quase que exclusivamente freios de duas sapatas.
Freios de Sapatas Principio de Operação O freio é aplicado e desapertado por um eletroímã. Por isso, o freio, permanentemente aplicado, será solto somente quando o eletroímã for ligado. O circuito elétrico normalmente prevê intercomunicação do motor e o eletroímã que, automaticamente, produz ação frenadora mesmo no caso de parada acidental do motor.
Freios de Sapatas Elementos Polias de Freio: Maquinárias de elevação frequentemente, projetadas com polias de ferro fundido ou com polias de aço. As polias de freio devem ser balanceadas dinamicamente. A largura da polia deve exceder a largura da sapata de 5 a 10 mm. As polias de freio devem ser aletadas, para melhor dissipação do calor, e providas de furos, entre as aletas, para mais rápida circulação do ar e mais eficiente dissipação do calor na atmosfera.
Mecanismos de Retenção Freios de Sapatas Elementos Sapatas de Freio: Sapatas de freios são fixadas a alavancas por meios de parafusos e pinos. As sapatas são feita de ferro fundido e providas com material de desgaste (composto basicamente de resinas, fibras sintéticas e partículas metálicas) de freios especiais. O material de desgaste deve ser preso com rebites ou com parafusos embutidos.
Freios de Sapatas Elementos Materiais de desgaste: devem satisfazer aos seguintes requisitos: Ter alto coeficiente de atrito; Reter a capacidade de frenagem a temperatura de até 300 C; Resistir, eficazmente, ao desgaste nas mais altas velocidades, pressão específicas e temperaturas; Submeter-se facilmente a tratamentos; Ser da baixo custo. Para fabricação faz-se uso de fitas laminadas prezas a uma peça metálica. As fitas laminadas são fabricadas com um vasto número de medidas de espessuras e comprimentos, são elásticas e podem ser curvadas como se desejar. Elas possuem alto e estável coeficiente de atrito.
Freios de Sapatas Elementos Alavancas de Freios e Tirantes: Alavancas de freios são de aço forjado em matrizes ou por martelamento. A tensão admissível, a flexão das alavancas, levando-se em conta os choques de frenagem, é tomada de 400 a 800 kgf/cm² para aços de baixo teor de carbono, dependendo do tamanho de freio. A extremidade da alavanca de um feio é, frequentemente, fabricada de uma ou diversas peças de aço forjado.
Freios de Sapatas Elementos Fixação das partes de um eletromagneto de freio: Os eletromagnetos são empregados quase que exclusivamente, para obter um efeito de soltura. Para possibilitar o desvio da extremidade da alavanca de freio, as barras de armadura do eletromagneto são ligadas a alavanca por meio de uma tala articulada.
Freios de Sapatas Eletromagnéticos Uma grande variedade de projetos de freios de sapatas, diferentes, principalmente pelo arranjo de seus sistemas de alavancas, são empregados em maquinas de elevação e transporte. Freios de sapatas eletromagnéticos podem ser classificados basicamente em três grupos: O primeiro inclui freios com eletromagnetos de longo curso, tipo êmbolo, no qual o sistemas de alavancas é fixada na parte inferior do êmbolo do eletromagneto. Os projetos desses freios se caracterizam pelas inúmeras juntas.
Freios de Sapatas Eletromagnéticos Uma grande variedade de projetos de freios de sapatas, diferentes, principalmente pelo arranjo de seus sistemas de alavancas, são empregados em maquinas de elevação e transporte. Freios de sapatas eletromagnéticos podem ser classificados basicamente em três grupos: No segundo grupo estão incluídos freios com eletromagnetos de pequeno curso, no quais os sistema de alavanca é fixado na parte superior do embolo do eletromagneto. Este grupo de freios se distingue pelos seguintes aspectos: alavancas rígidas, poucas articulações e aplicação do freio por meio de uma mola comprimida.
Freios de Sapatas Eletromagnéticos Uma grande variedade de projetos de freios de sapatas, diferentes, principalmente pelo arranjo de seus sistemas de alavancas, são empregados em maquinas de elevação e transporte. Freios de sapatas eletromagnéticos podem ser classificados basicamente em três grupos: No terceiro grupo estão os freios com eletromagnetos presos diretamente na alavanca de freio. Freios deste grupo são leves e pequenos, o que os torna muito populares.
Freios de Sapatas Eletro-hidráulico O dispositivo tem as seguintes vantagens: Pressão constante; Aplicação suave e soltura do freio sem pulsação e choques; Maior número de operações de ligação por hora. O dispositivo eletro-hidráulico é um mecanismo independente, que não requer acoplamento nem tubulação externa. O cilindro do dispositivo acomoda uma bomba centrífuga e um pistão, com duas barras que se estendem ao longo de fora através do invólucro do dispositivo, transmitindo força ao freio.
Freios de Sapatas Cames Nas talhas elétricas, os freios de sapatas são, frequentemente, operados pode um controlador. Duas alavancas, guarnecidas com sapatas, abração quase toda a polia de freio. Na parte superior, elas são providas de duas taças, entre as quais é preso uma came na arvore do controlador da talha. Quando o motor dar a partida, a arvore gira juntamente com a came e vence a tensão da mola, soltando o freio. A fim de para o motor, o controlador é girado no sentido oposto e a mola trava o freio.
Freios Controlados O operador o guindaste pode controlar o processo de frenagem somente com a ajuda de freios controlados, que o capacitam a diminuir gradualmente a aceleração e chegar a uma parada suave e precisa. Isso melhora a eficiente e condições de operação dos elementos dos mecanismos. Freios controlados encontram ampla aplicação nos mecanismos de translação e rotação. Nos mecânicos de elevação, onde o torque de frangem é necessário não só para parar a carga mas também para mantê-la suspensa, freios controlados são empregados em guinchos de pequena capacidade somente para controlar a descida da carga.
Freios Controlados Nos mecânicos de translação e rotação dos guindastes, além dos freios normalmente aplicados, são usados freios normalmente soltos e combinados. Nos freios normalmente soltos, sem força aplicada ao pedal ou alavanca de controle, o freio está na posição solta. Uma força aplicada ao pedal produz um efeito de frenagem. Comumente o freio é solto por uma mola comprimida, cuja tensão deve ser suficiente para vencer a resistência nos elementos do sistema de freio, quando este está solto.
Freios Controlados Durante todo o período de operação do guindaste, os freios mantem-se soltos em virtude da força elemangnética. A frenagem é efetuada por meio de um pedal, o valor do torque de frenagem, como nos freios normalmente soltos, é proporcional a compressão exercida sobre o pedal, podendo, portanto, variar numa larga faixa. Uma grande variedade de projetos de freios controlados são empregados em máquinas de elevação e transporte. Eles diferem, principalmente, nos seus princípios de operação e tipos de controle.
Freios Controlados Em pontes rolante, com cabine, o freio do mecanismo de translação é controlado por um pedal instalação no ponte. A força é transmitida por meio de cabos, alavanca ou sistema hidráulico. O sistema de controle hidráulico do freio compreende o cilindro mestre, no qual é criada a pressão do fluido, cilindro hidráulico, atuando no sistema de alavanca de freio de sapata e operando pela pressão criada no cilindro mestre, tanque de alimentação, contendo uma quantidade suficiente de fluido para preencher todo o sistema, tubulações, mangueiras de pressão, juntas e grampos.
Freios Controlados Tanto o cilindro mestre como o cilindro hidráulico no freio são providas de um pistão. Aumentando-se a compressão no pedal do cilindro mestre, consequentemente aumenta-se a compressão nas sapatas do freio. Quando não se exerce força sobre o pedal, a sapata do freio são soltas por meio de uma mola, que também atuam sobre o pistão do cilindro hidráulico, forçando o retorno do fluido, pela tubulação, ao cilindro metre. O pedal do freio volta através de uma mola de retorno. Neste caso, o pistão do cilindro hidráulico é empurrado pela mola do freio e o fluido de frenagem é forçado a retornar ao sistema.
Freios Controlados A figura mostra o diagrama do freio hidráulico de fita de um guindaste móvel. A pressão no cilindro C é produzida pela pedal A, came D e pistão B. O fluido de freio escoa, ao longo de um tubo, para o cilindro hidráulico F, cujo pistão G atual no braço de alavanca H da fita da polia do freio. Quando o pedal A está solto, a mola J faz retornar a alavanca H a sua posição inicial.
Freios Controlados Quando o pedal é solto, a mola K retrai o pistão B e abre o furo L, que provê comunicação do fluido no sistema com o fluido no reservatório M, a través do tubo S. Desta maneira, todas as perdas de fluido no sistema, devido ao desgastes nos cilindros N e T ou vazamento nas juntas de tubulação, são automaticamente preenchidos. No preenchimento de fluido do sistema hidráulico de controle, o ar deve ser completamente excluído, pois sua presença em qualquer parte do sistema pode acarretar falhas dos freios.
Freios de Fita Teoria Geral O freio consiste em uma polia em torno da qual é enrolada uma fita de aço flexível, comumente guarnecida com algum material de atrito. A resistência de atrito, devido a todas as forças de atrito atuando na superfície de contato com a polia, é igual a diferença das forças nas extremidades da fita.
Freios de Fita Simples Em um freio de fita simples uma extremidade de entrada da fita é fixa e a alavanca do freio suporta somente a força que cria o atrito com a polia.
Freios de Fita Enrolamento Múltiplo Um arco de contato, em freios de fita simples, é insuficiente para grandes torques. Nesses casos são usados freios de fita de enrolamento múltiplo, que permitem ângulo maior. A fita tem a forma de um garfo. O grande ângulo de abraçamento é obtido pela passagem de uma extremidade da tira através do espaço bifurcado da outra extremidade. O freio de fita de enrolamento múltiplo é projetado, segundo as mesmas linhas do freio de fita simples.
Freios de Fita Diferenciais Nestes freios ambas as exterminadas da fita são fixadas a alavanca de frenagem. Eles são denominados diferenciais porque seu torque de frenagem é determinado pela diferença dos momentos relativos ao eixo de articulação da alavanca de frenagem, causada pelas forças de tração nas extremidades da fita. A fim de que a fita possa separar-se uniformemente da polia, os freios de fita devem ter barras dobradas de aço chato, dispostos em torno da parte externa da fita com parafusos de ajuste espaçados a intervalos definidos para ajustar o deslocamento da fita.
Freios de Fita - Eletromagnético A figura mostra um tipo de freio eletromagnético de fita. Uma polia de freio ferromagnética é abraçada por uma fita magnética com forma de caixa, ajustada frouxamente na carcaça, no ângulo de quase 360. A fita acomoda a bobina, rigidamente presa a caixa e provida de terminais para ligação a fonte de alimentação. Quando a corrente circula através da bobina as linhas magnéticas de força passam através do lados da fita e polia de freio, causando a compressão da fita e agarrando o tambor. Quando a corrente é desligada a fita elástica vence a força do magnetismo residual, expande-se e solta a polia de freio.
Freios de Fita - Eletromagnético Nesse tipo de freio, a força magnética é usada para atuar sobre todo o comprimento da fita, o que possibilita um aumento substancial de torque de frenagem. O projeto de uma freio com uma fita magnética, possui a vantagem do pequeno tamanho e ausência de alavancas. Este freio pode ser bastante eficaz em muitos mecanismos de maquinas de elevação e transporte. Não pode ser usado para mecanismos de elevação de carga, porque opera sob corrente (falta acidental da corrente pode derrubar a carga).
Freios de Fita Com Roda de Catraca Quando operamos a mão, estes freios podem ser usados para controlar a descida da carga e para mantê-la suspensa. É portanto, uma combinação de freio de descida e de parada. A figura mostra um freio de fita com roda de catraca. A roda de catraca a é chavetada na arvore da carga, enquanto a polia de freio b é montada, livremente, sobre a arvore. O freio é acionado pelo peso G e solto pelo levantamento da alavanca de freio. A lingueta d é montada no pino de articulação l preso na polia de freio e mantem-se engatada com a roda de catraca pela mola f.
Freios Cônicos Os freios cônicos são empregados como sistema independente com controle eletromagnético ou pelo motor ou em cominação com mecanismos de catraca, que constituem um componente essencial dos freios operados por um peso elevado. A figura mostra o diagrama de um freio cônico e seu princípio e operação.
Freios Cônicos A figura ilustra um freio eletromagnético para um talha elétrica. O flange a do freio é aparafusado a estrutura da talha e serve também como uma caixa para o eletromagneto, que acomoda duas seções b da bobina solenoide. O disco de atrito externo C é preso na extremidade da arvore do mecanismo de elevação, enquanto que o disco interno d com um cubo alongado e duas chavetas e, pode ser deslocado para dentro da caixa do magneto. Este freio é aplicado pelas molas e solto por um solenoide.
Freios a Disco Freios de múltiplos discos tem suas ação dependente do atrito dos conjuntos de discos fixos e rotativos. Os discos 2, envoltos numa caixa estacionária 1, são chavetados na caixa, enquanto que os discos 3 são chavetados na arvore e giram com ela. Sob a ação de força axial S da arvore, os discos são simultaneamente comprimidos e o atrito entre eles desenvolve o efeito de frenagem.
Freios Centrífugos Os freios centrífugos encontram aplicação nos mecanismos de elevação, não incorporando propriedades de autofrenagem. São projetados para controlar a velocidade de descida da carga automaticamente, quando o freio de parada está completamente solto. Os freios centrífugos estão, portanto, na classe dos freios automático, de descida. O tipo de freio centrífugo mais difundido é mostrado pela figura.
Freios Centrífugos Na polia 1 do freio de fita de parada, chavetado na arvore do mecanismo, são fixados pinos de articulação de três patins contrapesados, cujas extremidades são ligadas as buchas de ajuste 3, pelas conexões 2. A mola espiral 4, a bucha 3 ao cubo da polia 1. Os patins 5 são presos as sapatas de atrito 6. O aro fixo atua como segunda superfície de atrito. Quando a polia 1 alcança uma certa velocidade, os patins 5 expandem-se, separadamente, pela força centrífuga e, vencendo a força da mola 4, são comprimidos contra o aro interno. A mola é projetada por uma força que conserva o freio solto a baixas velocidades.
Freios Centrífugos A figura mostra outro projeto de freio centrífugo. Na arvore 1 está chavetado o disco 2, sobre cujo cubo um outro disco 3 é ajustado sobre ranhuras. A mola 4, que se apoia a bucha 5, cuja posição é ajustada por parafusos, tende a abrir os discos 2 e 3, enquanto que os pesos 6, sob a ação de força centrifuga, tende a aproxima-los por meios das alavancas angulares. Quando os discos se aproximam um do outro, prendem o disco fixo 7. Numa velocidade uniforme deve haver equilíbrio entre o torque da carga, que tende a acelerar a arvore, e o momento, devido ao atrito entre os discos, que tendem a parar a arvore.