Desenvolvimento e análise do projeto de um guindaste giratório de parede utilizado ferramentas CAD e CAE

Abstract

Os guindastes e as máquinas de elevação são equipamentos de grande importância nas atividades industriais, na construção civil, nas operações portuárias e em diversos setores que necessitem de levantamentos de cargas elevadas de modo seguro, controlado e eficiente. O projeto desses equipamentos, por sua vez, requer o emprego de elementos de máquinas, mecanismos e estruturas que são vastamente utilizados na engenharia, tais como cabos de aço, engrenagens, polias, parafusos, perfis estruturais, etc. Nesse trabalho, foi construído um guindaste giratório de parede em ambiente virtual. Para essa construção, as normas ABNT foram utilizadas amplamente, principalmente a norma ABNT NBR 8400. O software utilizado para a modelagem tridimensional foi o Autodesk Inventor®. Para a análise do projeto, a estrutura principal do guindaste, constituída por perfis estruturais em L e em U, reforços estruturais e outras conexões, foi analisada separadamente. Foram realizadas simulações estáticas estruturais nesse subconjunto. Concomitantemente, considerou-se um modelo para essa estrutura, o qual foi analisado pelo Método dos Nós e pelo Método de Rigidez Direta, determinando-se por esses meios as tensões, deslocamentos e cargas de apoio. Para esses cálculos, o software MATLAB® foi utilizado. Os resultados analíticos e computacionais apresentaram uma aderência coerente. Após a verificação dos resultados, melhorias foram propostas ao projeto, de modo a proporcionar um funcionamento e uma segurança mais apropriados ao equipamento. Adicionalmente, foram discutidas as questões que fazem com que os resultados sejam sensivelmente diferentes. Esse trabalho procura apresentar uma aplicação do Método de Rigidez Direta e discutir as condições reais em que ele pode ser utilizado em equipamentos de levantamento de cargas, além de explorar, nesse mesmo contexto, as soluções numéricas computacionais obtidas através do método dos elementos finitos.

Cranes and lifting machines are very important equipment in industrial activities, construction, port operations and in various sectors that need to lift high loads safely, controlled and efficiently. The design of such equipment, in turn, requires the use of machine elements, mechanisms and structures that are widely used in engineering, such as wire ropes, gears, pulleys, bolts, structural profiles, etc. In this work, a rotary wall crane was built in a virtual environment. For this construction, the ABNT standard was widely used, mainly the ABNT NBR 8400 standard. The software used for three-dimensional modeling was Autodesk Inventor®. For the design analysis, the main crane structure, consisting of L and U structural profiles, structural reinforcements and other connections, was analyzed separately. Structural static simulations were performed on this subset. At the same time, a model for this structure was considered, which was analyzed by the Method of Joints and the Direct Stiffness Method, determining by these means the stresses, displacements and support loads. For these calculations, the MATLAB® software was used. The analytical and computational results presented a coherent adherence. After verification of the results, improvements were proposed to the project to provide more proper operation and safety of the equipment. Additionally, the issues that make the results significantly different were discussed. This work aims to present an application of the Direct Stiffness Method and to discuss the real conditions under which it can be used in lifting equipment, and to explore, in this same context, the computational numerical solutions obtained through the finite element method.