Dimensionamento de um pórtico rolante para uma empresa de equipamentos ferroviários

Abstract

RESUMO: Uma empresa que projeta e fabrica grandes equipamentos mecânicos para manutenção e substituição de peças obsoletas de locomotivas e vagões enfrenta desafios na movimentação de cargas pesadas devido à falta de um equipamento adequado às suas exigências operacionais. O estudo objetivou dimensionar um pórtico rolante que atendesse a essas exigências operacionais e dimensionais da fábrica, seguindo os critérios da norma NBR 8400 (2019), que estabelece diretrizes de projeto para equipamentos de movimentação e elevação de cargas. O pórtico foi classificado, e suas solicitações foram calculadas, permitindo o pré-dimensionamento das vigas do equipamento. Análises de tensão de escoamento foram conduzidas em cada elemento estrutural para garantir eficiência e segurança operacional. A avaliação da deflexão foi direcionada à viga principal, enquanto a análise de cisalhamento foi realizada nas vigas de fechamento devido à sua relação de comprimento e altura. A análise de flambagem concentrou se exclusivamente nas colunas do pórtico. Os resultados das simulações indicaram que o pórtico projetado cumpre integralmente os requisitos técnicos estabelecidos pela norma, evidenciando a ausência de flambagem nas colunas e apresentando tensões e deflexões dentro dos limites admissíveis. Além disso, a análise de fadiga, utilizando o critério da curva de Goodman modificada, concluiu que nenhum dos elementos estruturais está sujeito a risco de falha por fadiga até 10^6 ciclos, permitindo ao pórtico operar sem riscos de falha por fadiga por mais de 250 anos. Adicionalmente, a comparação entre os resultados da simulação e os cálculos analíticos revelou uma diferença de apenas 0,5%, confirmando que o método de simulação está em conformidade com os princípios da resistência dos materiais. Conclui-se que o dimensionamento realizado contribui significativamente para o aprimoramento dos processos industriais da empresa, garantindo a segurança dos colaboradores e a integridade dos materiais manipulados.

ABSTRACT: A company specializing in the design and manufacture of large mechanical equipment for the maintenance and replacement of obsolete locomotive and wagon parts faces challenges in handling heavy loads due to the lack of suitable equipment that meets its operational requirements. This study aimed to dimension a gantry crane to meet the operational and dimensional needs of the factory, following the criteria established by NBR 8400 (2019), which sets out design guidelines for lifting and handling equipment. The gantry crane was classified, and its loads were calculated, enabling the pre-dimensioning of the beam profiles. Yield stress analyses were conducted on each structural element to ensure operational efficiency and safety. Deflection assessment focused on the main beam, while shear analysis was performed on the end beams due to their length-to-height ratio. The buckling analysis concentrated exclusively on the gantry columns. Simulation results indicated that the designed gantry crane fully complies with the technical requirements set by the standard, showing no buckling in the columns and maintaining stresses and deflections within permissible limits. Additionally, the fatigue analysis, using the modified Goodman curve criterion, concluded that none of the structural elements are at risk of fatigue failure up to 10^6 cycles, allowing the gantry crane to operate without fatigue failure risks for over 250 years. Furthermore, the comparison between simulation results and analytical calculations revealed a difference of only 0.5%, confirming that the simulation method aligns with the principles of material strength. It is concluded that the dimensioning significantly enhances the company's industrial processes, ensuring the safety of workers and the integrity of handled materials.