O controle de cargas nas aplicações de engenharia mais pesadas podem exigir freios capazes de gerar torque medido em milhões de Newton-metros. Tony George, gerente de produto da Twiflex, explica como esses sistemas gigantes de freios são projetados.
Com a contínua busca por melhorar eficiências em todos os mercados e setores, as demandas por taxas de produção mais altas, maiores cargas e velocidades têm um efeito indireto sobre o design de equipamentos e seus sistemas de segurança associados, inclusive freios.
Na mineração, por exemplo, as bobinadoras usadas para içar pessoas e materiais por milhares de metros podem exigir sistemas de freios com uma capacidade de 10 milhões de Nm ou mais. Em um projeto recente de uma bobinadora de tambor duplo, uma mina de cobre na Zâmbia precisava de uma solução de frenagem para estacionamento/contenção e serviços de parada de emergência em uma carga útil de 47,5 toneladas. A Twiflex forneceu pinças derivadas de sua unidade VMS3-SPS existente, com área de placa ampliada para lidar com as altas cargas térmicas geradas durante a parada dinâmica. Os freios operam com dois discos de 6,8 m de diâmetro e geram um torque total de 12,2 MNm.
Os maiores freios são encontrados em outros pontos do setor de mineração. Retíficas, que reduzem o tamanho da partícula do minério triturado para processamento subsequente, precisam de freios para a realização de diversas funções críticas. Eles são usados para segurar a retífica para manutenção, para impedir a rotação em caso de falha de energia e para ajustar com precisão cargas desequilibradas para uma posição neutra. Os maiores designs de retífica sem engrenagem têm um perfil de disco de freio em torno de um tambor que pode ultrapassar 12 m em diâmetro. Nessas aplicações, o escopo de fornecimento típico pode incluir seis ou oito das maiores pinças VMS-DP, gerando torques que superam os 50 MNm.
Considerações de design
As aplicações de engenharia mais pesadas podem exigir freios capazes de resistir ao torque medido em milhões de Newton-metros.
Os freios mais comuns para grandes aplicações são designs com aplicação de mola e hidraulicamente liberados, capazes de conter a carga em caso de falha de energia ou perda de pressão hidráulica. A força de frenagem (a força tangencial que atua sobre o disco) gerada por cada pinça se dá em função do pacote de molas, que cria um esforço de fixação, e dos materiais de revestimento, que geram a fricção com o disco. O torque de freio geral é determinado pela força de frenagem por pinça, pelo número de pinças utilizadas e pelo diâmetro do disco.
Em decorrência disso, os requisitos específicos de torque de uma aplicação em particular costumam poder ser alcançados de várias maneiras. Uma função central das equipes de engenharia de aplicação em fabricantes como a Twiflex é trabalhar com seus clientes para oferecer uma solução comercial ideal. O que seria uma solução que satisfizesse as necessidades técnicas da aplicação, ao passo que também levasse em consideração o ambiente da instalação (incluindo restrições de espaço e condições de trabalho); e todo o ciclo de vida do equipamento, inclusive instalação, comissionamento, operação e manutenção.
Quando os freios têm altos serviços cíclicos, a aplicação e retração frequentes do freio pode afetar a expectativa de vida das molas que geram a força de fixação. Nessas aplicações, é necessário calcular a vida de fadiga dessas molas levando em consideração as operações de frenagem esperadas e também equilibrar a necessidade de uma alta vida de fadiga com o tamanho físico do módulo de molas resultante.
De forma semelhante, temperaturas operacionais extremas influenciarão a escolha dos materiais usados no freio. Os freios Twiflex costumam ser moldados em ferro fundido, que é adequado para frenagem dinâmica a temperaturas que podem cair até -20 °C. Caso a aplicação exija isso, graus de material de baixa temperatura permitem que alguns freios sejam fabricados e especificados para uso a temperaturas operacionais que podem baixar até -40 °C.
Benefícios da abordagem modular
A Twiflex tem expertise e capacidades para atender aos clientes nos maiores e mais complexos projetos.
Embora alguns requisitos de aplicação específicos possam exigir o desenvolvimento de um novo design de pinça, a maioria dos sistemas de freio se baseia em combinações de componentes modulares padrão. Essa abordagem modular oferece diversos benefícios aos usuários finais: simplificação do processo de design, controle de custos de compras e garantia da disponibilidade de peças e atendimento de suporte ao longo de uma vida operacional que pode se estender por décadas.
Todos os freios modulares Twiflex podem ser instalados, configurados e mantidos, incluindo a substituição de forros, com o uso de ferramentas manuais padrão e sem desmontar a pinça. O próprio peso da pinça costuma impedir sua remoção; o VMS-DP, por exemplo, tem aproximadamente 1.900 kg por freio. A natureza modular, porém, significa que a remoção de todo o conjunto raramente é necessária, com fácil manuseio de peças ou subconjuntos.
O design mais recente da linha de freios modulares é a pinça do tipo VSD recém-lançada. Essa unidade substitui a comprovada pinça Twiflex "VS", que vem sendo usada em aplicações de carga pesada em todo o mundo há várias décadas. A VSD segue a filosofia de design do freio VKSD, que é menor, e preenche a lacuna que havia na linha de força de frenagem entre ela e a unidade VMS, que é maior.
Agora, com base em um design de pinça dividida e dois módulos, a VSD pode acomodar inerentemente qualquer espessura de disco de 25 mm em diante. Ao contrário da VS, essa unidade também está disponível como freio flutuante, um único módulo de mola e uma "metade reativa" que, quando montada em um suporte dedicado, pode se movimentar com qualquer desalinhamento axial do disco de freio.
A VSD também inclui o recurso "parked-off", que foi desenvolvido pela Twiflex. Sendo um recurso de manutenção exclusivo, o estado "parked-off" significa que a pressão hidráulica pode ser baixada com as placas de freio totalmente retraídas enquanto as molas estiverem em seu comprimento livre. Essa é uma condição totalmente benigna que permite que o freio seja definido, ajustado ou mantido sem que haja qualquer energia potencial remanescente na pinça.
Parcerias com fornecedores especializados
Com mais de 70 anos de experiência em tecnologia de frenagem industrial, a Twiflex tem expertise e capacidades para atender aos clientes nos maiores e mais complexos projetos. Os engenheiros de aplicação da empresa desenvolvem soluções de frenagem completas, desde o conceito até o design detalhado e os cálculos de desempenho. Uma inigualável linha de produtos e capacidades de fabricação de nível internacional permite a entrega dessas soluções de acordo com os mais altos padrões de qualidade. E, sendo integrante da Altra Industrial Motion Corp, a Twiflex tem a presença global necessária para gerenciar instalação, comissionamento e manutenção em qualquer lugar do mundo.
As demandas que pressionam os principais ativos industriais continuam crescendo. As minas, por exemplo, estão ficando mais profundas, e o equipamento de processamento precisa ser construído de forma a lidar com volumes e velocidades de produção cada vez maiores. Fornecer as forças de frenagem mais altas exigidas por essas aplicações criará significantes desafios de engenharia. Ao trabalharem com um fabricante que tem amplo conhecimento e longa experiência com as mais difíceis aplicações de freio, os designers de equipamentos podem garantir soluções que forneçam essas forças com consistência, confiabilidade e boa relação custo-benefício.