Análise funcional
O carrinho de mão atende à necessidade de aumentar a capacidade de transporte de objetos por uma única pessoa, utilizando um design rudimentar. Pode ser definida como um objeto técnico, um agente de transporte que permite o aumento da carga, entre outras utilizações.[25] Tal como acontece com outros objetos técnicos, a empilhadeira não seria a única resposta à necessidade levantada, e não tem uma função principal em si, podendo ter diferentes usos.[26].
O carrinho de mão é composto por cinco elementos:[27].
As empilhadeiras podem ser classificadas de diferentes maneiras de acordo com a função que desempenham. Existem vários tipos:
O caminhão monoroda frontal foi projetado para distribuir o peso da carga entre a roda e o trabalhador, permitindo o transporte de cargas mais pesadas do que se tivessem que ser transportadas inteiramente pela pessoa. É comumente utilizado na indústria da construção e no paisagismo.
O carrinho de mão de duas rodas, mais estável ao nível do solo, é muito utilizado para carregar caixas ou outras coisas que podem ser empilhadas, enquanto o carrinho de mão quase universal de uma roda tem maior manobrabilidade em espaços pequenos, em tábuas de madeira ou quando um piso inclinado derrubaria a carga. A roda única também permite maior controle do esvaziamento da carga.
A empilhadeira industrial, mais sofisticada, possui sistema de suspensão hidráulica, duas vigas, cada uma com uma roda pequena, e outro par de rodas dianteiras giratórias. Este último é utilizado para cargas mais pesadas e no comércio é utilizado para transportar eletrodomésticos.
Alguns tipos de empilhadeiras variam sua posição dependendo da localização do suporte de carga em relação aos braços do chassi:
Dependendo do formato do porta-cargas, as empilhadeiras podem ser dos seguintes tipos:
Análise mecânica
O diâmetro da roda influencia o comportamento da empilhadeira, pois deve ser grande o suficiente para lhe dar firmeza e aderência suficientes para se adaptar ao terreno sem ficar preso e ao mesmo tempo sem roçar na estrutura.
A utilização da roda resulta na redução da resistência ao movimento (atrito), mas nas empilhadeiras com eixo ou roda único o empurrador não fica livre do esforço, pois deve contribuir com parte do peso da carga. Um estudo mecânico estático "Estática (mecânica)") pode ser interessante no transporte de mercadorias com empilhadeira.
Equilibrar a empilhadeira em terreno plano nos leva a considerar três ações mecânicas externas que podem ser configuradas por forças:
No âmbito do equilíbrio mecânico, as leis de Newton indicam duas relações entre essas três forças para que ocorra o equilíbrio:
Como o peso e a ação do solo são verticais, necessariamente para que seja possível a igualdade vetorial (1), a ação do empurrador também é vertical. Ao nível da posição da roda, o equilíbrio é obtido quando os ombros estão no mesmo plano vertical "Plano (geometria)") dos pulsos "Pulso (anatomia)") e os apoios de apoio no solo (pé de apoio). Então a equação traduz o fato de que a roda e o empurrador compartilham a carga:
ou intensidade:.
Escrever os momentos no ponto selecionado C leva ao cancelamento de um dos termos e dá uma relação direta entre o peso e a ação do empurrador:
Ao desenvolver esta equação, obtemos uma relação que liga as intensidades destes esforços com as dimensões do caminhão, seja a P - b F = 0 ou ainda F = P a / b.
Esta relação descreve o que é chamado de efeito de alavancagem na roda. Assim, para aliviar o empurrador, ou seja, reduzir a intensidade da força necessária para levantar as alças, existem duas abordagens:
Agora, se a empilhadeira for acionada, é necessário adicionar à ação do empurrador uma componente paralela “Paralelismo (matemática)”) ao solo, igual à quantidade de aceleração ( mg ). O braço é então inclinado na direção da engrenagem imposta. Este impulso é independente da geometria da empilhadeira. O problema é o mesmo de conseguir um carrinho de mão de duas rodas ou um carrinho que geralmente tem 4 rodas em movimento. Porém, manter o movimento “Movimento (física)”) requer um esforço que depende da resistência ao rolamento ligada à natureza do terreno. Solo duro e liso facilita esse movimento, enquanto solo macio ou irregular dificulta.
Por fim, quando o caminhão está em um declive, a ação do solo deixa de ser paralela ao peso, portanto a ação do empurrador é necessariamente afetada.
Numa subida (a roda do carrinho de mão está a montante), as três linhas de ação mecânica estão acima do solo. O empurrador deve inclinar-se para frente para segurá-lo. O caso apresentado, desfavorável se a ação longitudinal da empilhadeira for mantida, mostra que a intensidade da ação do empurrador permanece razoável. Apenas seu endereço é um problema. É materializado por uma linha reta que une os pulsos aos suportes. É também a direção dos braços estendidos. A configuração é a mesma para descida ou subida, pois o esforço do empurrador (tração) é motorizado (para avançar) ou do tipo resistência. Contudo, em comparação com a utilização numa superfície plana, e do ponto de vista do empurrador, o esforço para a frente aumenta consideravelmente.
Numa descida (roll downstream) tudo se inverte. O ponto de competição das linhas de forças está localizado abaixo da linha do solo"). Aqui novamente o estudo mostra que a intensidade da ação do empurrador é aproximadamente a mesma. Soma-se a isso o problema do conteúdo da carga, especialmente se for um líquido. Na subida a posição pode ser corrigida levantando a empilhadeira, na descida não é possível aplicar a mesma solução.
Uma vista frontal da empilhadeira carregada permite considerar o risco de capotamento. Devido à roda posicionada centralmente, o equilíbrio do carrinho de mão é semelhante ao da alavanca invertida, e o empurrador torna-se uma espécie de malabarista.
Quando a empilhadeira está em posição reta e com a carga equilibrada, o empurrador levanta as alças exercendo duas forças idênticas equivalentes à metade das determinadas no estudo anterior. O problema ocorre quando a carga não está mais equilibrada ou o caminhão não está mais alinhado no eixo vertical. Então, a ação do peso do conjunto não está mais no mesmo plano vertical do ponto de contato do solo com a roda. Este deslocamento induz um torque de reversão ao qual o empurrador deve se opor imediatamente, exercendo ações nas alças que agora são diferentes.
Um primeiro estudo qualitativo mostra que há necessidade de atrito ao nível do contacto solo/roda, cuja direcção pode ser inclinada. Na verdade, na mesma situação no gelo, que oferece um coeficiente de atrito quase zero, o caminhão vira repentinamente. Porém, esse atrito necessário não tem influência no andamento do caminhão. Neste sentido, o fenómeno de rolamento não induz resistência – em todo o caso, muito baixa comparativamente à atribuída ao atrito – e o atrito lateral tem o efeito de um carril que guia a roda.
Ora, o estudo quantitativo dos esforços envolvidos no controle da empilhadeira na fase de tombamento pode levar, numa primeira aproximação, a conclusões diferentes. Supondo que na ação de endireitar o carrinho de mão apenas uma alça seja acionada - caso bastante comum - escrever o equilíbrio dos momentos de força dá a relação entre o peso e a força exercida pelo empurrador.
Escrevendo no ponto de contato solo/roda os momentos das ações mecânicas:
Para limitar esse esforço, podemos:.
O tamanho da roda deve ser grande o suficiente para acomodar as condições do terreno, ao mesmo tempo que deve ter uma altura aceitável para o limite de carga. O chassi deve permitir que a carroceria seja posicionada o mais próximo possível da roda e o mais baixo possível, a fim de manter a estabilidade da empilhadeira durante o deslocamento. Por outro lado, a descarga final do conteúdo será facilitada por uma posição mais elevada da caixa. As alças devem ser levantadas sem que os cotovelos do empurrador atinjam a altura dos ombros, e devem ser largas o suficiente para proporcionar maior eficiência à empilhadeira e assim manter o equilíbrio.