PROJETO MECÂNICO DE UM BRAÇO MECÂNICO HIDRÁULICO

Dessa forma, este trabalho tem como objetivo avaliar o desenvolvimento técnico de um projeto, inicialmente proposto como trabalho final de curso. A proposta de projeto foi de projetar um braço mecânico hidráulico para elevação de cargas, para tanto foram fornecidas algumas diretrizes para o projeto, assim como algumas restrições. Logo, a metodologia do projeto, baseou-se no dimensionamento, especificação e por selecionar cada elemento, sistema e subsistema. Um protótipo foi construído, em com base neste foi possível realizar o estudo estático da estrutura. Os resultados foram organizados nas seções de Análises consolidação de Cálculos e de Memorial Técnico. The results were organized in the sections of Consolidation Analysis of Calculations and Technical Memorial. The theory of dimensioning of the permissible voltages and the concepts of Resistance of the materials were applied.

The developed worksheets were arranged in the appendices. It was verified that the sizing met the project proposal. Thus, it is concluded that all learning objectives were achieved, dimensioning was performed according to norms and that activities such as these lead to better academic development Key-words: Machine projects, Load lifting system. MEMORIAL DE CÁLCULOS. – Dimensionamento do perfil de barra quadrada estrutural. – Dimensionamento das juntas deslizantes. – Dimensionamento do sistema hidráulico. – Dimensionamento do gancho mecânico. Portanto aplica-se braços hidráulicos em operações de movimentação e sustentação de cargas, logo inúmeros mecanismo podem ser acoplados ao pistão hidráulico, conforme mostra a Fig. nesta figura diversos mecanismos são mostrados, sua capacidade de elevação pode atingir inúmeras toneladas. FIGURA 1. – Protótipo estrutural para o braço de hidráulico.

Fonte: (Fiorio e Henrique, 2016) 1 FIGURA 1. Na seção 3, foi apresentado o protótipo do Braço Hidráulico confeccionado, assim como da importância do mesmo para o dimensionamento da estrutura real. Na seção 4, foi discutido a relação entre o protótipo e o dimensionamento real da estrutura, informando as hipóteses do projeto e quais elementos seriam dimensionados. A determinação dos esforços estruturais foi realizada. Na seção 5, foi evidenciado o memorial de cálculo, em que cada elemento da estrutura do braço hidráulico foi dimensionado, aplicando as relações definidas nas seções 3 e 4. Além disso, foram aplicadas a Teoria das Tensões Admissíveis para o dimensionamento. A Eq. quando é aplicada em materiais é também conhecida como Lei de Hooke. Com base na Lei de Hooke e com o comportamento típico dos aços mostrado na Fig.

foi possível determinar o critério de dimensionamento básico, respeitando o limite elástico. Visto que a tensão é uma relação entre força e área é possível relacionar os componentes geométricos de certo perfil com as cargas solicitantes de projeto. mostra o modelo do protótipo da estrutura proposta, nesta figura fez-se uma relação aos elementos hidráulicos (seringas), mancais de rolamento (parafusos), estrutura de aço (madeira MDF). O protótipo do braço mecânico, baseou-se na implementação feita por Victor Moisés (2017). Este discute que com a confecção do protótipo utilizando materiais comuns do dia-a-dia, o que pode-se ser uma ferramenta útil aplicada para internalizar os conhecimentos técnicos. O materiais e a configuração geométricas da peças da montagem são mostradas na Fig.

Portanto, o protótipo da Fig. Por continuidade adotou-se um sistema iterativo de projeto, logo para cada elemento da estrutura proposta (protótipo), Fig. estimou-se um valor do perfil inicial e suas dimensões e consequentemente determinou-se seus esforços solicitantes, está analise foi efetuada em detalhes na seção 4. A Fig. mostra o perfil estrutural para o futuro dimensionamento como suas relações com o protótipo da Fig. A Fig. e 3. constata-se a relação ente o protótipo e a estrutura do braço hidráulico. Nestas os componentes como as seringas, MDF e as mangueiras foram substituídas por barras de aço, cilindro hidráulico e pinos. Neste viés, um estudo sobre os esforços solicitantes foi feito, conforme ilustra a seção 4. Análises da estabilidade da estrutura foi confecciona, visando garantir que está mantenha a todos os roletes em contato com o solo, garantindo a segurança do operador e a estabilidade do sistema de elevação.

– Caracterização do tipo de esforço atuante nos membros estruturais. Elemento estrutural; Ver Fig. Comprimento (m) Nome do elemento 1 1,750 Aço estrutural 2 2,260 Cursor hidráulico 3 0,800 Aço estrutural 4 0,800 Aço estrutural 3e4 1,200 Cursor hidráulico Assim, na Fig. tem-se o modelo esquemático da estrutura do braço hidráulico, observa-se que entre os elementos 3 e 4 existe um curso hidráulico responsável pela articulação da garra de agarre, ou que pode ser substituído por um gancho, conforme a necessidade do operador. A obtenção deste modelo estrutural foi possível somente com a construção do protótipo mostrado na seção 3 e na Fig. – Gráfico do esforço axial, em cada membro do braço de hidráulico. Fonte: Próprio autor. FIGURA 4. – Gráfico do esforço cortante, em cada membro do braço de hidráulico.

Fonte: Próprio autor. Todavia uma avaliação local em cada elemento dos subsistemas levando em consideração o tipo de ligação da articular de juntas deslizantes, a definição do tipo de seção e suas dimensões assim como o material utilizado foram avaliadas na seção 5, em que o memorial de cálculo completo foi avaliado. MEMORIAL DE CÁLCULOS 5. – Dimensionamento do perfil de barra quadrada estrutural Nesta seção serão dimensionados os perfis dos elementos 1, 2 e 4. O método de dimensionamento baseou nos cálculos de resistências de materiais, em que o Método da Tensão Admissível (Hibbeler, 2000) foi aplicado. O Método da Tensão Admissível, faz a comparação entre a resistência da tensão de escoamento do material de um certo perfil com a tensão solicitante de projeto.

– Propriedades mecânicas dos aços estruturais Qualidade AFP AISI 1015 1015 1020 1020 1030 1030 1040 1040 Condições Laminado Normalizado Recozido Laminado Normalizado Recozido Laminado Normalizado Recozido Laminado Normalizado Recozido Temp. de austreriza ção (0C) 925 870 870 870 925 845 900 790 Resistenci a. à tração (MPA) 420 425 385 450 440 395 550 525 460 620 595 520 Limite de escoamento (MPa ) 315 325 285 330 345 295 345 345 345 415 370 350 Redução de área (%) 61 70 70 59 68 66 57 61 58 50 55 57 Dureza (HB) 126 121 111 143 131 111 179 149 126 201 170 149 Fonte: (LG Steel, 2017). Com adaptações. Como critério de dimensionamento, definiu-se que as dimensões mínimas da seção quadra ao qual está relacionada a área e ao momento de inercia, relacionando-a com a tensão de escoamento, em função da carga solicitante nos elementos 1, 2, e 3. em que mostra-se o dimensionamento do perfil. Tabela 5. – Resultados do dimensionamento para o elemento 3 Largura do perfil quadrado Área Força Momento Linha neutra L A F M y I σres σsol mm mm2 N Nmm mm mm4 MPa MPa 20,00 400,00 10500,00 4,90E+06 10,00 1,33E+04 3701,25 330,00 40,00 1600,00 10500,00 4,90E+06 20,00 2,13E+05 465,94 330,00 50,00 2500,00 10500,00 4,90E+06 25,00 5,21E+05 239,40 330,00 75,00 5625,00 10500,00 4,90E+06 37,50 2,64E+06 71,56 330,00 100,00 10000,00 10500,00 4,90E+06 50,00 8,33E+06 30,45 330,00 150,00 22500,00 10500,00 4,90E+06 75,00 4,22E+07 9,18 330,00 200,00 40000,00 10500,00 4,90E+06 100,00 1,33E+08 3,94 330,00 Momento de Tensão Tensão inércia Solicitante Resistente Fonte: Próprio autor No dimensionamento do elemento 4, nota-se que este está solicitado por um carga axial de compressão (-3,5 kN) e por um momento fletor de 4,8 kN*m, conforme a Tab.

Logo, ao aplicar a Eq. o termo de compressão foi avaliado. O tipo de montagem foi considerado como os mostradas na Fig. Figura 5. – Mostra-se as juntas Fonte: (Segundo clico técnico em Mecânica, 2000) Segundo Souza Cruz (2008) no dimensionamento pela flexão simples, deve-se calcular a seção do eixo para resistir máxima tensão. O dimensionamento dos eixos foi realizado com base no procedimento de selecionar no catálogo comercial, um valor que atenda as solicitações de projeto. Porém, antes uma estimativa inicial do diâmetro mínimo é dada pelas seguintes equações. O comprimento do pino na junta por questões construtivas deve ter comprimento mínimo de 100 mm, visto que a dimensão da seção do perfil quadrado foi 21 previamente dimensionada. O dimensionamento considerou a situação mais crítica e replicou para as demais juntas mecânicas.

Tabela 5. – Resultados do dimensionamento Força axial Diâmetro Comp. do eixo Momento fletor Módulo de resistência Tensão Tensão Solicitante Resistente P d L M I N mm mm Nmm mm3 MPa MPa 10500,00 5,00 100,00 2,63E+05 1,23E+01 21390,42 330,00 10500,00 10,00 100,00 2,63E+05 9,82E+01 2673,80 330,00 10500,00 15,00 100,00 2,63E+05 3,31E+02 792,24 330,00 10500,00 20,00 100,00 2,63E+05 7,85E+02 334,23 330,00 10500,00 25,40 100,00 2,63E+05 1,61E+03 163,17 331,00 Fonte: Próprio autor A Tab. – Dimensões comerciais de um perfil de barra quadrada. Fonte: (Parker, 1999). Tem-se, portanto, um mecanismo eficaz de aumento da força aplicada. Basta construir um dispositivo com área, na outra extremidade, bem maior do que a área original na qual aplicamos a força. Com isso surgem o cilindros hidráulicos. Isolando o diâmetro na Eq. e aplicando a Eq. o diâmetro é dado como: 𝑑=√ 4𝐹 𝜋𝑃 (9) Porém segundo Parker (1999), a pressão de operação máxima é dada pela inspeção no tipo de montagem do cilindro, neste caso, aplicando ábaco da Fig.

e da Fig. a montagem é do tipo Articulada, porém não guiada rigidamente. Porém por condições comerciais optou-se pelo diâmetro de 50,8 mm (2’’), com o curso máximo de 1500 mm FIGURA 5. – Pressões máximas em (Bar). Fonte: (Parker, 1999). Logo o modelo da montagem é mostrada na Fig. FIGURA 5. Com base nos valores definidos anteriormente, a potência de acionamento é: 𝑃𝑎𝑛 = 160 [𝑏𝑎𝑟] ∗ 40 [𝑙/𝑚𝑖𝑛] = 12,54 [𝑘𝑊] 600 ∗ 0,85 (13) A potência de acionamento deve ser aproximadamente 13 kW ou 16 cv. O outro cilindro hidráulico terá potência 16 * (3,5/21,5) = 2,5 cv. – Dimensionamento do gancho mecânico Rudenko (1998) afirma que gancho são aplicados usual em sistemas de máquinas rodantes e transportadores lineares. Em geral o dimensionamento de ganchos é complexo é exige várias etapas de cálculos. O mais usual em sistemas mecânicos, não é o dimensionamento mas sim a seleção adequada de um gancho em catálogos de fabricantes que seguem a normas nacionais e internacionais de padronização.

Trava em chapa de aço extra resistente encaixa na ponta do gancho garantindo total segurança durante a operação. Sob demanda podem ser fornecidos com certificado ABS. O ábaco de cargas é dado 28 FIGURA 5. – Pressões máximas em (Bar). Fonte: (Helevar, 2017) Conforme a Fig. Ed. LTC, 2009 Vivian Fiorio V. Henrique F. O que é e como funciona um cilindro hidráulico? , Industria Hoje. Disponível em:<http://www. John Wiley & Sons, Inc. Victor M. Construção de um braço hidráulico. Disponível em: <http://4. bp. Hibbeler R. C. Resistência dos Materiais, Terceira Edição, Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 2000. LG Steel, Propriedades Mecânicas dos aços, Disponível em: <http://lgsteel. com. Souza C. Apostila de Elementos de Máquinas, 104 p. Disponível em: <https://wiki.

ifsc. edu. Máquinas de Elevação e Transporte. Livros Técnicos e Científicos Editora S. A. p. Helevar.