Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η συμπεριφορά ενός μοντέλου γερανογέφυρας με την επιβολή ελέγχου με ανατροφοδότηση. Σκοπός μας μια κατά το δυνατόν βελτιστοποιημένη λύση του προβλήματος των ταλαντώσεων μέσω ενός αξιόπιστου, στιβαρού ελεγκτή, που να μπορεί να επιφέρει ακριβέστερη, ταχύτερη και ασφαλέστερη μετακίνηση των υλικών. Οι ελεγκτές που χρησιμοποιούμε είναι απλοί PD και PI ελεγκτές με την προσθήκη επίσης ενός μη γραμμικού ελεγκτή που βοηθά στην αύξηση της απόσβεσης των ταλαντώσεων. Επίσης με τη χρήση ενός περιοριστή ταυτόχρονα με τους άνω ελεγκτές, εξετάζουμε την συμπεριφορά του συστήματος με φραγμένη είσοδο. Ακόμα γίνεται αναφορά στους σύγχρονους τρόπους οδήγησης και πέδης AC και DC συστημάτων. / This diploma thesis forms a study on the behavior of an overhead crane after the implementation of o closed loop control law. Our goal is an optimized solution for the oscillation problem through a reliable, robust controller, who will be able to move cargos with precision, velocity and enhanced safety. The controllers used are simple PD and PI controllers with the addition of a nonlinear controller who will assist in raising the dumping value of the system. A limiter paired with the controllers above will help us evaluate the behavior of our system under a bound drive. There is also a citation of the current high-end drive and break solutions on AC and DC crane systems.

O atual cenário competitivo do mercado siderúrgico exige que os custos industriais sejam minimizados ao máximo a fim de garantir o retorno aos acionistas e, em última análise, até mesmo a sobrevivência das companhias em certos mercados. Neste contexto, o homem de manutenção passa a exercer papel fundamental no sentido de trabalhar para evitar perdas, sejam por paradas inesperadas de produção ou por estratégias incorretas de manutenção, buscando conhecer melhor seus equipamentos e introduzir melhorias no projeto de forma a reduzir custos de manutenção e aumentar sua confiabilidade. Este trabalho tem o objetivo de fazer um estudo teórico-prático com a finalidade de conhecer os mecanismos de desgaste envolvidos na interface roda-trilho de pontes rolantes utilizadas em siderurgia a fim de se implementar melhorias no projeto destas rodas e estender a sua vida útil, reduzindo assim custos de manutenção e os prejuízos causado por interrupções não programadas de produção. Inicialmente, é feita uma revisão bibliográfica sobre o tema, sobretudo quanto ao desgaste mecânico e a interface roda-trilho. Como um típico sistema de desgaste mecânico, a abordagem foi feita analisando a influência das condições de superfície, de material e geometria. Com a condição de material fixada (roda e trilho), definiu-se analisar experimentalmente a influência da condição de lubrificação e da geometria das rodas, produzindo ao todo quatro experimentos. As rodas foram dimensionadas e colocadas em operação sob as mesmas condições e o seu desgaste foi monitorado na mesma base de tempo. Os resultados apontaram que a lubrificação exerce influência predominante na vida da roda, estendendo consistentemente sua vida útil, enquanto que a alteração de geometria exerce influência secundária, porém ainda com alguma contribuição. / The current competitive steel market requires that manufacturing costs are minimized to the maximum to ensure the return to shareholders and, ultimately, even the survival of companies in certain markets. In this context, the maintenance man begins to exercise its role in order to work to avoid losses, whether by unexpected production stoppages or incorrect maintenance strategies, seeking to better understand their equipment and make improvements in design to reduce maintenance costs and increase its reliability. This work aims to make a theoretical study and a practical evaluation in order to understand the wear mechanisms involved in the wheel-rail interface of overhead cranes used in the steel making industry in order to implement improvements in the design of these wheels with a view of extending life and reduce maintenance costs as well as losses due to unscheduled production interruptions. We begin with a literature review on the subject, focusing on the mechanical wear and wheel-rail interface. As a typical system of mechanical wear, the approach was made by analyzing the influence of surface conditions, material and geometry. With the condition of fixed material (wheel and rail), it was decided to analyze experimentally the influence of the lubrication condition and geometry of the wheels, producing a total of four experiments. The wheels were measured and made to operate under the same conditions and wear was monitored at the same time base. The results indicated that lubrication has a predominant influence in the life of the wheels, consistently extending its useful life, while the change in geometry influences secondary, but still with some contribution.

O atual cenário competitivo do mercado siderúrgico exige que os custos industriais sejam minimizados ao máximo a fim de garantir o retorno aos acionistas e, em última análise, até mesmo a sobrevivência das companhias em certos mercados. Neste contexto, o homem de manutenção passa a exercer papel fundamental no sentido de trabalhar para evitar perdas, sejam por paradas inesperadas de produção ou por estratégias incorretas de manutenção, buscando conhecer melhor seus equipamentos e introduzir melhorias no projeto de forma a reduzir custos de manutenção e aumentar sua confiabilidade. Este trabalho tem o objetivo de fazer um estudo teórico-prático com a finalidade de conhecer os mecanismos de desgaste envolvidos na interface roda-trilho de pontes rolantes utilizadas em siderurgia a fim de se implementar melhorias no projeto destas rodas e estender a sua vida útil, reduzindo assim custos de manutenção e os prejuízos causado por interrupções não programadas de produção. Inicialmente, é feita uma revisão bibliográfica sobre o tema, sobretudo quanto ao desgaste mecânico e a interface roda-trilho. Como um típico sistema de desgaste mecânico, a abordagem foi feita analisando a influência das condições de superfície, de material e geometria. Com a condição de material fixada (roda e trilho), definiu-se analisar experimentalmente a influência da condição de lubrificação e da geometria das rodas, produzindo ao todo quatro experimentos. As rodas foram dimensionadas e colocadas em operação sob as mesmas condições e o seu desgaste foi monitorado na mesma base de tempo. Os resultados apontaram que a lubrificação exerce influência predominante na vida da roda, estendendo consistentemente sua vida útil, enquanto que a alteração de geometria exerce influência secundária, porém ainda com alguma contribuição. / The current competitive steel market requires that manufacturing costs are minimized to the maximum to ensure the return to shareholders and, ultimately, even the survival of companies in certain markets. In this context, the maintenance man begins to exercise its role in order to work to avoid losses, whether by unexpected production stoppages or incorrect maintenance strategies, seeking to better understand their equipment and make improvements in design to reduce maintenance costs and increase its reliability. This work aims to make a theoretical study and a practical evaluation in order to understand the wear mechanisms involved in the wheel-rail interface of overhead cranes used in the steel making industry in order to implement improvements in the design of these wheels with a view of extending life and reduce maintenance costs as well as losses due to unscheduled production interruptions. We begin with a literature review on the subject, focusing on the mechanical wear and wheel-rail interface. As a typical system of mechanical wear, the approach was made by analyzing the influence of surface conditions, material and geometry. With the condition of fixed material (wheel and rail), it was decided to analyze experimentally the influence of the lubrication condition and geometry of the wheels, producing a total of four experiments. The wheels were measured and made to operate under the same conditions and wear was monitored at the same time base. The results indicated that lubrication has a predominant influence in the life of the wheels, consistently extending its useful life, while the change in geometry influences secondary, but still with some contribution.

O atual cenário competitivo do mercado siderúrgico exige que os custos industriais sejam minimizados ao máximo a fim de garantir o retorno aos acionistas e, em última análise, até mesmo a sobrevivência das companhias em certos mercados. Neste contexto, o homem de manutenção passa a exercer papel fundamental no sentido de trabalhar para evitar perdas, sejam por paradas inesperadas de produção ou por estratégias incorretas de manutenção, buscando conhecer melhor seus equipamentos e introduzir melhorias no projeto de forma a reduzir custos de manutenção e aumentar sua confiabilidade. Este trabalho tem o objetivo de fazer um estudo teórico-prático com a finalidade de conhecer os mecanismos de desgaste envolvidos na interface roda-trilho de pontes rolantes utilizadas em siderurgia a fim de se implementar melhorias no projeto destas rodas e estender a sua vida útil, reduzindo assim custos de manutenção e os prejuízos causado por interrupções não programadas de produção. Inicialmente, é feita uma revisão bibliográfica sobre o tema, sobretudo quanto ao desgaste mecânico e a interface roda-trilho. Como um típico sistema de desgaste mecânico, a abordagem foi feita analisando a influência das condições de superfície, de material e geometria. Com a condição de material fixada (roda e trilho), definiu-se analisar experimentalmente a influência da condição de lubrificação e da geometria das rodas, produzindo ao todo quatro experimentos. As rodas foram dimensionadas e colocadas em operação sob as mesmas condições e o seu desgaste foi monitorado na mesma base de tempo. Os resultados apontaram que a lubrificação exerce influência predominante na vida da roda, estendendo consistentemente sua vida útil, enquanto que a alteração de geometria exerce influência secundária, porém ainda com alguma contribuição. / The current competitive steel market requires that manufacturing costs are minimized to the maximum to ensure the return to shareholders and, ultimately, even the survival of companies in certain markets. In this context, the maintenance man begins to exercise its role in order to work to avoid losses, whether by unexpected production stoppages or incorrect maintenance strategies, seeking to better understand their equipment and make improvements in design to reduce maintenance costs and increase its reliability. This work aims to make a theoretical study and a practical evaluation in order to understand the wear mechanisms involved in the wheel-rail interface of overhead cranes used in the steel making industry in order to implement improvements in the design of these wheels with a view of extending life and reduce maintenance costs as well as losses due to unscheduled production interruptions. We begin with a literature review on the subject, focusing on the mechanical wear and wheel-rail interface. As a typical system of mechanical wear, the approach was made by analyzing the influence of surface conditions, material and geometry. With the condition of fixed material (wheel and rail), it was decided to analyze experimentally the influence of the lubrication condition and geometry of the wheels, producing a total of four experiments. The wheels were measured and made to operate under the same conditions and wear was monitored at the same time base. The results indicated that lubrication has a predominant influence in the life of the wheels, consistently extending its useful life, while the change in geometry influences secondary, but still with some contribution.

[pt] Tradicionalmente, os equipamentos de elevação e transporte assumem uma posição de destaque na indústria, sendo as pontes rolantes os equipamentos mais utilizados. No caso da ThyssenKrupp Fundições Ltda., as pontes rolantes são responsáveis pelas principais paralisações dos negócios, trazendo prejuízos financeiros e operacionais. O emprego da IBR - Inspeção Baseada em Risco é bastante indicado para este tipo de equipamento, pois permite identificar as pontes rolantes que são críticas e deste modo estabelecer uma metodologia de inspeção eficiente, visando concentrar esforços nestes equipamentos de modo a reduzir seu risco de falha e garantir a manutenção dos negócios. Neste trabalho analisou-se um conjunto de pontes rolantes e componentes críticos da empresa ThyssenKrupp Fundições Ltda.. Para se cumprir este objetivo, foi aplicada a metodologia de IBR qualitativa para a análise do banco de dados de manutenção e inspeção. A teoria de IBR qualitativa usou uma matriz de risco COF x FOF (Conseqüência de Ocorrência de Falhas X Freqüência de Ocorrência de Falhas) onde cada uma das 20 pontes teve sua classe de risco estabelecida. Também foi feita a análise da freqüência de falhas dos componentes de todas as 20 pontes através dos registros de inspeção e manutenção localizados dentro do período de janeiro de 1995 a junho de 2002. Após a determinação das pontes rolantes críticas (risco alto e muito alto) e componentes críticos, foi elaborado um programa de inspeção para o gerenciamento dos mesmos, através de tabelas e fichas de inspeção onde a nova freqüência de inspeção foi calculada através da distribuição de probabilidade semi-empírica de Weibull. Além do programa de inspeção, foi proposta uma metodologia para análise dos resultados futuros obtidos com a aplicação do programa de inspeção e para proporcionar, através da realimentação do banco de dados, o contínuo aumento de sua eficiência. / [en] Traditionally, the transportation and elevation equipments assume a highlight position in the industry, being the overhead crane one of the mostly used equipments. As to the ThyssenKrupp Fundições Ltda, the overhead cranes are responsible for main causes for stopping of business, leading financial and operational lost. The use of RBI - Risk Based Inspection is very well indicated for this type of equipment since it allows the identification of which overhead cranes are critical and in this way the establish a mean of efficient inspection methodology, aiming to concentrate efforts on these equipments so as to reduce their failure risk and to guarantee the maintenance of the business. In this dissertation, a sub-set of overhead cranes and critical components of ThyssenKrupp Fundições Ltda was analyzed. In order to reach this objective, the RBI qualitative methodology was applied to the analysis of the maintenance and inspection database. The theory of the qualitative RBI used a risk matrix FOF x COF (Probability of Failure X Consequence of Failure) where each one of the 20 overhead crane had its class of risk established. Also, the components failure analysis frequency of all the 20 overhead cranes was made through the inspection registries situated in the period between January 1995 and June 2002. After determining the critical overhead crane (high and very high risk) and the critical components, an inspection program for their management was elaborated through means of table and inspection cards where the new inspection frequencies were determined through the Weibull distribution semi-empiric probability. Besides the inspection program, a methodology to analyze the future results obtained by the application of the inspection program was propose to offer suggestions for this continuous efficience raise.

Les ponts roulants sont des engins de levage situés en haut des bâtiments qu'ils équipent. Ils servent à manutentionner des charges très lourdes et parfois critiques. Pendant un séisme, un pont roulant est exposé à des chocs multiples. Ces impacts peuvent causer des dommages importants dans la structure pouvant conduire à une chute de la charge manutentionnée ou du pont roulant lui-même. Donc, la vérification de la tenue des ponts roulants au séisme est une question primordiale. Actuellement, cette vérification est basée sur des méthodes de calcul statiques. Ces méthodes font l'hypothèse d'un comportement purement linéaire des ponts roulants ce qui les rend très conservatives. Depuis quelques années les niveaux sismiques imposés par les autorités nationales augmentent chaque année, et les constructeurs de ponts roulants se trouvent dans l'incapacité de construire à partir des efforts sur-estimés fournis par les méthodes statiques. L'objectif de la thèse est l'étude de la réponse dynamique d'un pont roulant pendant un séisme en prenant en compte les non-linéarités géométriques et matériau. Afin de modéliser ces phénomènes, une analyse dynamique temporelle avec une approche multi-échelle en temps est adoptée. Pour prendre en compte l'aspect haute fréquence des chocs, un intégrateur temporel variationnel explicite, basé sur la méthode des multiplicateurs de Lagrange et dédié au contact/impact, est développé. Ensuite, un intégrateur hétérogène (différents schémas d'intégration) asynchrone (différents pas de temps), basé sur la méthode de couplage GC, est appliqué au problème du pont roulant. Cette stratégie multi-échelle en temps permet d'adapter le schéma d'intégration et le pas de temps au sous domaine considéré. Par conséquent, l'intégrateur explicite est adopté dans les zones de contact et un schéma implicite de type accélération moyenne, est adopté dans le reste de la structure. Finalement, un démonstrateur de co-simulation entre les logiciels Cast3M et Europlexus est mis en place pour montrer le gain très significatif en temps de calcul dans le cas d'un modèle élément finis tridimensionnel d'un pont roulant industriel. / Bridge cranes are hoisting appliances located overhead in buildings. They are used to handle very heavy and sometimes critical loads. During an earthquake, a bridge crane may be subjected to multiple impacts between wheels and rails. These impacts can cause significant damage to the structure leading to a fall of the handled load or the bridge crane itself. Therefore, the qualification of such equipment, subjected to an earthquake, is very important. Currently, this qualification is based on static methods. These methods assume a purely linear behavior of the bridge cranes, which leads to a very conservative forces. Consequently, the bridge cranes manufacturers are sometimes unable to design the equipement from the over-estimated efforts provided by the static methods. The aim of this work is to study the dynamic response of a bridge crane during an earthquake by taking into account the geometric and material non-linearities. In order to model such phenomena, a time-history dynamic analysis with a multi-scale approach is performed. To take into account the high frequency aspect of the impacts between wheels and rails, a Lagrange explicit contact/impact time integrator is proposed. This work has also led to the development of an explicit–implicit HATI (Heterogeneous Asynchronous Time Integrator) for contact/impact dynamics. This method allows us to adopt an explicit contact/impact time integrator in the contact area and an implicit time integrator with a coarse mesh in the rest of the domain. Finally, a co-simulation demonstrator between Cast3M and Europlexus softwares is set up to show the very significant gain in computation time for a three-dimensional finite element model of an industrial bridge crane.