Britlift: Por que a força em uma tipoia angular é maior?

Por que a força em uma tipoia angulada é maior tem sido uma pergunta que já me fizeram várias vezes. Como resultado, e após uma longa ausência devido a uma movimentada temporada de férias na Britlift, estamos finalmente de volta com um novo artigo. Estou muito grato pelos comentários e respostas que recebo em relação a essas peças, que muitas vezes me dão ideias para novos artigos. Hoje responderei a uma pergunta que recebi após um de meus artigos anteriores.

Como sempre, procurarei explicar as respostas a estas questões utilizando uma terminologia comum e colocando as explicações de uma forma que espero seja acessível a todos. Este não é um artigo escrito especificamente para engenheiros de projeto e, como tal, evitei propositalmente linguagem técnica.

Desta vez estamos analisando uma pergunta que recebi de uma conexão do LinkedIn:

Ele conhecia as regras básicas de manipulação para eslingas angulares, mas estava atrás de uma explicação que não apenas lhe desse como, mas também por que.

Expressei sua pergunta como o problema abaixo e incluí um diagrama para tornar as coisas mais claras:

Para entender esse problema, vamos primeiro olhar apenas para um lado da carga. Dê uma olhada na seção abaixo do diagrama da figura 1.

Na figura 2, uma eslinga de cabo de aço é mostrada conectada a um ponto de içamento (ou talão) por meio de uma manilha. A tipoia é conectada em um ângulo de 50 graus. A seta azul mostra a tração do dispositivo de elevação e as setas laranja mostram as forças resultantes na carga.

As magnitudes (tamanhos) das forças representadas pelas setas laranja dependem da força representada pela seta azul (a força de tração na eslinga). Eles são os componentes horizontal e vertical da seta azul e quanto mais forte for o puxão na tipoia, maiores serão essas duas forças.

A menos que as setas laranja (forças que passam para a carga) sejam resistidas, a carga se moverá nessa direção.

Consideremos primeiro a seta vertical laranja, esta força quer puxar a carga para cima e levantá-la do solo. Obviamente, a resistência a esta força é a gravidade agindo sobre a própria massa da carga. Se a tração na eslinga for suficiente, a força vertical será igual à força oposta criada pela gravidade e pela massa da carga – e a carga será levantada no ar.

A força na seta laranja horizontal é criada porque a ligação da cinta foi feita num ângulo, neste caso 50 graus. Quanto mais próximo este ângulo chegar de 0 graus, maior será a força nesta seta. Assim como a seta vertical, esta força deve ser resistida ou ocorrerá movimento.

Vamos ver o diagrama completo com a inclusão de mais algumas setas de força.

Agora no diagrama completo (figura 3), podemos ver que a força representada pela seta horizontal laranja é resistida pela mesma força criada na outra extremidade da carga. O equilíbrio destas forças é crucial para a estabilidade da carga quando esta está no ar.

Para este exemplo, vamos supor que o centro de gravidade (CoG) seja central e as forças horizontais sejam iguais, isso significa que nenhum movimento horizontal deve ocorrer. Embora a carga esteja agora horizontalmente estável, a própria carga agora está sendo empurrada de cada extremidade e, portanto, está em compressão (uma força de esmagamento). Muitas cargas terão resistência suficiente para lidar com esta compressão, mas algumas não. É tradicionalmente onde uma viga espalhadora ou viga de elevação seria usada.

Como a figura 2 representa apenas uma das duas saliências mostradas na figura 3, a força vertical será igual à metade da massa total da carga – 10/2 = 5 toneladas (a divisão do peso é 50/50 porque o CoG foi especificado como central).

Para que a carga seja levantada a seta vertical laranja precisa ser de no mínimo 5 toneladas, pois a seta azul é responsável por ambas as setas laranja, a força na eslinga (seta azul) será sempre superior a 5 toneladas.

Portanto, sabemos que a força na eslinga é superior a 5 toneladas, mas será superior a 6,5 ​​toneladas (a capacidade da manilha e da eslinga mencionada na pergunta)?