Corrente porta-cabos em eixo inclinado: gravidade, calha e esforço de impulso

Onde aparecem eixos inclinados nas máquinas

Um eixo inclinado é qualquer eixo cuja direção de deslocamento não é horizontal nem vertical. Aparece mais vezes do que a maioria dos construtores espera: o pórtico inclinado de uma serra de pedra ou de ponte, a cabeça basculante de uma máquina de cinco eixos, o Z inclinado de um centro de maquinagem de tubos e perfis, a rampa de um transportador de cavacos, o armazém inclinado de um centro de furacão e o braço de carga inclinado de um trocador de paletes.

Todos partilham uma propriedade que muda toda a especificação: parte do peso da corrente passa a atuar na direção do deslocamento. Num eixo horizontal a gravidade é perpendicular ao movimento e a corrente só tem de ser transportada. Num eixo vertical atua totalmente na direção do movimento e a corrente pendura. Numa inclinação os dois efeitos misturam-se e a proporção muda a cada grau.

A gravidade muda o caminho da carga

Para um eixo inclinado de um ângulo a em relação à horizontal, a componente do peso da corrente e do feixe ao longo do eixo é proporcional a sen a, e a que pressiona a corrente contra o apoio é proporcional a cos a.

• A 15 graus, apenas 26 % do peso puxa ao longo do eixo, mas 97 % ainda pressiona a calha. A corrente comporta-se quase como horizontal.
• A 45 graus, 71 % puxam ao longo e 71 % pressionam. Ambos os efeitos são relevantes, e esta é a faixa mais exigente.
• A 70 graus, 94 % puxam ao longo e apenas 34 % pressionam. A corrente passa a comportar-se como vertical e o risco desloca-se da flecha para o deslizamento.

A regra prática é que um eixo inclinado abaixo de cerca de 30 graus pode ser tratado como horizontal, e acima de cerca de 60 graus como vertical. Entre 30 e 60 exige análise própria, porque nem a receita horizontal nem a vertical são seguras.

O que muda em cada ângulo

Não aceite a classificação horizontal de um fornecedor para um eixo a 40 graus sem perguntar o que muda. A série de corrente pode ser a mesma; a calha, as fixações e o raio de curvatura normalmente não.

Calhas em rampa: guiar, não só apoiar

Numa inclinação a calha faz dois trabalhos que uma horizontal não faz: transporta a corrente e impede que suba a jusante.

• O guiamento lateral é obrigatório acima de cerca de 20 graus. Um canal aberto deixa a corrente derivar lateralmente em cada inversão até sair.
• Pré-carregar ligeiramente a corrente contra o fundo. Uma corrente apenas apoiada sobe alguns milímetros a cada mil ciclos, e num ano isso basta para bater no suporte final.
• Drenar a calha na ponta inferior. Refrigerante e água de lavagem descem e acumulam-se no suporte inferior, exatamente onde estão a fixação e a entrada de cabos.
• Usar um forro de baixo atrito no fundo. Em rampa a corrente desliza além de rolar, e o atrito do aço nu soma-se ao esforço que o eixo tem de fornecer.
• Deixar a ponta superior aberta. Uma calha totalmente fechada retém ar e fluido em cima e torna a inspeção impossível.

Esforço de impulso e encurvadura

Uma corrente porta-cabos é um órgão de impulso e tração: a ponta móvel empurra a corrente à sua frente num curso e puxa-a no outro. Numa inclinação o curso descendente trabalha a favor da gravidade e o ascendente contra.

No curso ascendente aplicam-se dois limites. O primeiro é o esforço disponível do acionamento, que raramente é o problema. O segundo é a encurvadura: se a corrente é empurrada e a ponta oposta está contida, o troço pode curvar-se lateralmente ou levantar-se da calha. A carga de encurvadura cai fortemente com o comprimento sem apoio, e é por isso que um troço inclinado longo precisa de apoio nos dois ramos, não só no inferior.

• Verifique o esforço de impulso máximo da série, não a resistência à tração. São números diferentes e só um deles governa.
• Mantenha a corrente direita em planta. Uma ligeira curvatura na calha reduz drasticamente a carga de encurvadura.
• Reduza o número de cabos e mangueiras no eixo inclinado se o esforço for marginal; é o peso que tem de ser empurrado para cima.
• Em inclinações muito fortes, um contrapeso ou um retesador de mola retira à corrente a maior parte da carga ascendente.

Ancoragem e centro de gravidade

A ponta fixa de uma corrente inclinada deve ficar em baixo, não em cima, por duas razões: a massa móvel fica mais baixa e qualquer fluido que entre na corrente escorre para longe dos cabos em vez de para dentro deles.

• Ancore em baixo e deixe a corrente formar o laço para cima. O suporte superior passa então a guiar apenas, não suporta o peso pendurado.
• Se a geometria obrigar a fixar em cima, use um bloco de fixação que suporte todo o peso do feixe e um alívio de tração que descarregue os condutores.
• Mantenha o feixe centrado na largura da corrente. Em rampa, um feixe descentrado cria carga torsional que aparece como desgaste mais rápido de um flanco.
• Deixe um laço de serviço nas duas pontas para poder desligar a corrente sem cortar cabos.

Cabos num troço inclinado

As regras de cabo são as mesmas de um eixo horizontal, com dois acrescentos que vêm diretamente da gravidade.

Desgaste assimétrico: o sinal da inclinação

Uma corrente inclinada desgasta-se de forma desigual, e o padrão indica o que se passa.

• Faixa polida num só flanco. A corrente é empurrada lateralmente, normalmente por desalinhamento da calha ou feixe não centrado.
• Desgaste concentrado no cotovelo inferior. A corrente leva ali mais carga do que o previsto, geralmente porque o ponto fixo está em cima.
• Desgaste uniforme mas rápido. A corrente desliza em vez de rolar, o que aponta para forro ausente ou gasto na calha.
• Alongamento mais rápido do que na horizontal. As articulações trabalham contra a gravidade em cada ciclo; aceite um intervalo de inspeção mais curto.

Retenção, travão e perda de alimentação

Em inclinações fortes o eixo pode ter de manter posição sem acionamento, e o porta-cabos contribui para essa carga.

• Inclua a componente de peso da corrente e do feixe no cálculo do travão de retenção. É pequena face à massa da máquina, mas não desprezável numa cabeça basculante leve.
• Se o eixo pode ficar sem alimentação em posição inclinada, verifique que a corrente não desce sozinha. Uma corrente com forro de baixo atrito em calha íngreme pode rastejar.
• Preveja um batente mecânico no fundo da calha para apanhar uma corrente descontrolada antes do suporte.

Instalação em rampa

1. Montar primeiro a calha e verificar a retidão nos dois planos; uma torção aparece depois como desgaste lateral.
2. Regular o suporte inferior e depois subir a corrente na calha à mão em todo o curso antes de ligar cabos.
3. Confirmar que a corrente não sai da calha em nenhum ponto do curso.
4. Instalar os cabos do mais pesado para o mais leve e fixar cada um em baixo à medida que entra.
5. Fazer dez ciclos e verificar a subida a jusante marcando a corrente contra a calha.
6. Verificar a drenagem com o refrigerante a funcionar, não a seco.

Lista de verificação para um eixo inclinado

1. Ângulo do eixo em relação à horizontal, em graus, nos dois extremos de qualquer gama de basculamento.
2. Comprimento do curso e cadência de ciclos.
3. Peso do feixe por metro e o cabo ou mangueira mais pesado.
4. Série de corrente, esforço de impulso admissível e comprimento máximo sem apoio.
5. Tipo de calha, guiamento lateral e material do forro.
6. Qual a ponta fixa e se o fluido pode chegar à fixação.
7. Dados do travão de retenção e se o eixo pode perder alimentação em posição inclinada.

Com estes sete a inclinação deixa de ser um detalhe e passa a dado de projeto: o ângulo fixa o tipo de apoio, o peso fixa o esforço de impulso e a ponta fixa fixa a fixação.