Como funcionam os estabilizadores de camiões-grua: Entendendo a matemática por trás da estabilidade

Quando um camião-grua levanta uma carga pesada, algo importante acontece. O estabilizadores empurram contra o solo. Estes estabilizadores evitam que a grua tombe. Mas qual é a força que cada estabilizador sente? Vamos descobrir!

Índice

O que são os Outriggers?

Os estabilizadores são os pernas fortes que se estendem de um camião-grua. Tocam no chão e levantam ligeiramente o camião. Isto torna a grua estável quando levanta coisas pesadas.
Ao escolher uma máquina para o seu trabalho, conhecer as forças dos estabilizadores ajuda-o a trabalhar em segurança.

Duas maneiras de calcular as forças do estabilizador

Os engenheiros utilizam dois métodos principais para calcular estas forças:

Método analítico - Utilizar fórmulas matemáticas
Método dos Elementos Finitos (MEF) - Utilização de modelos informáticos
Ambos ajudam a garantir que as gruas não tombem durante a elevação.

A matemática por detrás das forças de outrigger

O estudo que analisámos testou estes métodos. Eis o que descobriram:

Principais medições para a grua de teste

Parte	Peso
Chassis	140,000 N
Estrutura superior	430,000 N
Momento total	1.450.000.000 N-mm
Os estabilizadores foram colocados num retângulo com:

Largura lado a lado: 3.200 mm
Comprimento da frente para trás: 2,725 mm

Forças de estabilização da grua de camião: Modelos matemáticos vs. modelos informáticos

Comparação entre os métodos analítico (fórmulas matemáticas) e FEM (simulação por computador)

Elevada precisão (força máxima)

Ambos os métodos são muito próximos para a força mais elevada dos estabilizadores (< 1% diferença nos testes).

As diferenças variam

As diferenças são maiores (até 18% nos ensaios) para os estabilizadores com forças inferiores.

A escolha do método é importante

A matemática é mais rápida para as primeiras verificações; os modelos informáticos (FEM) tratam de pormenores mais complexos, como os 5º estabilizadores.

Estudo de caso: Forças com a lança a 90° (carga do lado esquerdo)

Forças indicadas em Newtons (N).

Principais conclusões

A matemática simples (analítica) é boa para estimar rapidamente a maior força. Os modelos informáticos detalhados (FEM) fornecem uma imagem mais precisa de todas as forças, especialmente em configurações complexas ou para verificações finais de segurança. A utilização de ambos fornece os melhores resultados para uma conceção segura da grua.

O que acontece quando a grua se levanta?

Quando a lança da grua aponta para o lado (a 90°), as forças em cada estabilizador são muito diferentes. Vejamos os números:

Outrigger	Onde está	Força (Analítica)	Força (FEM)	Diferença
RA	Frente esquerda	279,300 N	279,094 N	0.07%
RB	Frente direita	52,737 N	64,406 N	-18.12%
RC	Traseira direita	5,700 N	6,398 N	-10.90%
RD	Traseira esquerda	232,263 N	220,110 N	5.52%
Vê como o estabilizador dianteiro esquerdo (RA) sente a maior força? É esse que pode falhar primeiro se a carga for demasiado pesada.

Quando a lança aponta para um ângulo

Quando a lança da grua aponta para um ângulo de 45°, acontece algo interessante. Um estabilizador (RC) levanta-se completamente do chão!

Outrigger	Onde está	Força (Analítica)	Força (FEM)	Diferença
RA	Frente esquerda	395,370 N	392,030 N	0.85%
RB	Frente direita	124,796 N	135,891 N	-8.16%
RC	Traseira direita	0 N	0 N	0.00%
RD	Traseira esquerda	49,834 N	42,089 N	18.40%
Quando um estabilizador se levanta do chão (mostra uma força de 0 N), o camião está a utilizar apenas três pernas para se apoiar. A isto chama-se apoio de três pontos caso.

Discussão sobre o método de cálculo da força de reação dos estabilizadores dos camiões-guindastes oem

O layout do Outrigger é importante?

Sim! O estudo também analisou a forma como a disposição dos estabilizadores afecta as forças. Foram testados:

Layout cruzado - Os estabilizadores não estão num quadrado perfeito
Traçado retilíneo - Estribos num retângulo perfeito
Para o estabilizador principal (RA), as forças foram:

Disposição cruzada: 285,708 N
Linha reta: 276,001 N
Esta diferença de 3,4% mostra que a forma como se instala é importante!

Que método funciona melhor?

Ambos os métodos são bons, mas por razões diferentes:

O que é importante	Método analítico	Método FEM
Velocidade	Muito rápido (minutos)	Mais lento (horas)
Precisão para a maior força	Ótimo (±5%)	Excelente (<2%)
Bom para que fase	Conceção inicial	Controlo final da conceção
O que pode falhar	Efeitos do quinto estabilizador	Nada de especial
Para camiões-grua com um quinto estabilizador à frente, o método do MEF funciona melhor porque lida com esta complexidade adicional.

O que isto significa para o trabalho com gruas

Quando se utiliza um veículo de movimentação de materiais como uma grua de camião:

O maior força está quase sempre no estabilizador oposto àquele para onde aponta a lança
Os modelos informáticos (FEM) e as fórmulas matemáticas dão quase a mesma resposta para a força maior
Pequenas forças é onde os dois métodos discordam mais
Na conceção de novas gruas, a utilização de ambos os métodos é o mais inteligente

A segurança em primeiro lugar!

Ao trabalhar com gruas móveis todo-o-terreno, lembrem-se sempre:

Instalação num terreno firme e nivelado
Estender totalmente os estabilizadores sempre que possível
Conheça os limites de elevação da sua grua
Não exceder a carga máxima para qualquer posição

Discussão sobre o método de cálculo da força de reação dos estabilizadores dos camiões-guindastes

Conclusão

A compreensão das forças dos estabilizadores ajuda os engenheiros a construir gruas melhores e mais seguras. O estudo mostra que a matemática simples funciona bem para verificações rápidas, mas os modelos informáticos ajudam a captar todos os pormenores.
Da próxima vez que vir uma grua a levantar uma carga pesada, saberá que há muita matemática para garantir que ela se mantém na vertical!