Amortecimento de impacto em gruas

O que faz um amortecedor

Durante um içamento estável, o amortecedor sustenta a carga estática como um elo dos acessórios de içamento. Quando a carga sofre um tranco, cai ou desce descontroladamente, o dispositivo percorre seu curso. Sua mola a gás absorve a primeira parte do evento; então, uma válvula abre a uma pressão definida. Assim, a força na linha sobe em direção a um nível definido e permanece próxima dele enquanto a carga em movimento é desacelerada até parar. A energia do evento aquece o óleo, em vez de produzir um pico de força na grua, no cabo e nos acessórios de içamento.

A forma dessa curva força–curso determina quanto do curso é aproveitado. Uma curva que sobe rapidamente até o pico permitido e permanece próxima dele aproveita bem o curso; uma subida lenta desperdiça a primeira parte. Essa fração é o fator η na avaliação de dimensionamento abaixo.

Dimensionamento do curso

O evento traz energia cinética: a massa efetiva em movimento m_{\text{eff}} à velocidade relativa no instante de engate v_{\text{rel}}. Muitas vezes, é mais fácil expressá-la como a altura equivalente de queda livre h:

O amortecedor pode usar a força acima da carga estática, até o pico permitido, ao longo de seu curso utilizável. Sendo W_{\text{ref}} a carga estática à qual o DAF se refere, \psi_{\text{allow}} o DAF permitido, S o curso, \mu sua fração utilizável e \eta a fração do retângulo preenchida pela curva força–curso até o ponto em que a carga para (Figura 1), a energia que ele pode absorver é:

Igualando as duas energias, obtemos o curso exigido em uma primeira avaliação:

Esta página usa \mu = 0.9, que deixa uma margem nos fins de curso, e \eta = 0.5 em todo o texto, tanto no exemplo calculado quanto na Figura 2. Curvas reais preenchem cerca de metade do retângulo: a força leva parte do curso para aumentar e diminui à medida que a carga desacelera. No estudo de descida descontrolada da estaca abaixo, a curva preencheu cerca de 0.53 do retângulo ao longo dos 4.98 m usados; portanto, 0.5 é um valor próximo e conservador.

Exemplo de cálculo

1. O evento. Uma carga é engatada à velocidade correspondente a uma queda livre de h = 0.50\ \text{m}: v_{\text{rel}} = \sqrt{2 g h} \approx 3.13\ \text{m/s}.
2. Os limites. DAF permitido de 1.3, massa efetiva igual à massa de referência, \mu = 0.9 e \eta = 0.5.
3. O curso. Com massas iguais, a avaliação preliminar se reduz a
   S \ge \frac{h}{\mu\, \eta\, (\psi_{\text{allow}} – 1)}
   portanto,
   S \ge \frac{0.50}{0.9 \cdot 0.5 \cdot 0.3} \approx 3.70\ \text{m}
   Uma unidade com curso de 4 m atende ao critério.

A avaliação preliminar considera apenas a energia. O pico real depende da curva força–curso configurada e da rigidez da grua, do cabo e dos acessórios de içamento. Uma análise transiente confirma se ele fica abaixo do DAF permitido, com margem de curso.

Comparação com uma descida descontrolada de estaca

Em nosso estudo comparativo no CONSTELLATION CS-2026-005, um conjunto de estaca e martelo de 1,500 t desce descontroladamente a 5.0 m/s. O mesmo modelo foi executado duas vezes com um único conjunto de parâmetros: uma vez com ligação rígida e outra com um POLARIS de 2,000 t e curso de 6.0 m.

A avaliação preliminar é compatível. A massa em movimento de 1,500 t a 5.0 m/s traz

Com carga estática no gancho de 16,553 kN, o DAF atingido no estudo e \mu\, \eta = 0.9 \cdot 0.5 = 0.45, cada metro de curso pode absorver

portanto, a avaliação preliminar exige 18.75 / 3.203 \approx 5.85\ \text{m} de curso. A unidade de 6.0 m atende ao critério, e a simulação usou 4.98 m. Leia o estudo da parada da descida descontrolada da estaca →

Amortecedor ou compensador de heave?

Um evento isolado aponta para um amortecedor; o movimento repetido dos ciclos de onda ou a necessidade de tensão contínua apontam para compensação de heave. A retirada de carga de uma embarcação de suprimento mostra essa distinção. O tranco ocorre uma vez por içamento, quando a linha recebe a carga à medida que a embarcação desce; por isso, um amortecedor como o POLARIS absorve esse evento. Um içamento que permanece conectado ao convés em movimento requer um compensador de heave. Nos casos intermediários, a escolha depende da frequência do evento, da rapidez com que a unidade precisa retornar à posição inicial, do calor gerado por eventos repetidos e do curso disponível.

Duas formas de construção

Amortecedores convencionais colocam a mola a gás em acumuladores externos e controlam o fluxo por uma restrição, que pode ou não ser ajustável. O POLARIS, nosso projeto de baixo peso, mantém um pequeno volume de gás dentro de um único cilindro hidráulico e controla o fluxo por válvulas projetadas com CFD.