protótipo plataforma suspensa rolante - ppsr · este trabalho de conclusão de curso (tcc)...
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO -IFSP
CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS
Aimeon Cristovam Elyzandro Polastrini
Emily Christie dos Santos Leonardo Chagas da Silva Ubirailton Almeida Ribeiro
Pedro Gomes Cavalcanti de Lima
Protótipo Plataforma Suspensa Rolante - PPSR
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – Campus São José dos Campos, como requisito para obtenção do Título de Técnico em Mecânica sob orientação do Professor Fernando Henrique Gomes de Souza e Coorientação do Professora Tainá Gomes Rodovalho.
São José dos Campos 2014
BANCA EXAMINADORA
III
Aos nossos queridos familiares e professores. Com muito carinho,
Dedicamos
IV
Agradecimentos
Agradecemos primeiramente a Deus, por ter nos dado saúde, força,
inteligência e sabedoria, para o desenvolvimento deste projeto.
Aos nossos familiares (pais, irmãos, esposas e filhos), por terem nos
apoiados nos momentos de grandes dificuldades, nos dando força quando
precisamos.
Ao Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de São Paulo campus
São José dos Campos, bem com seu corpo docente, direção, setor administrativo,
serviços sócio pedagógicos, inspetores de alunos pelo grande conhecimento
oferecido.
Queremos fazer um agradecimento especial à inspetora de alunos Rose, pela
sua dedicação especial com a qual ela tem nos tratado durante todo o período do
curso.
Ao nosso amigo Pablo Augusto Viana por te nos ajudado com seus
conhecimentos na parte prática deste projeto.
Ao professor Fernando Henrique Gomes de Souza, nosso orientador e a
professora Tainá Gomes Rodovalho por dedicarem seus preciosos tempos, a
correção, revisão e suporte ao nosso trabalho, se colocando sempre à disposição
para tirar nossas dúvidas e nos dar auxílio incondicional ao projeto.
A professora Vania Battestin Wiende por contribuir com seus conhecimentos
para a elaboração desta monografia.
Ao professor Rômulo por ter contribuído com seus conhecimentos de elétrica
com a escolha do motor.
E por fim agradecemos a todos que colaboraram direto e indiretamente na
elaboração do nosso projeto.
V
"Mas os que esperam no Senhor renovarão as forças, subirão com asas como águias; correrão, e não se cansarão; caminharão, e não se fatigarão."
ISAÍAS 40:31
VI
RESUMO
Este Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) consiste na criação de um
protótipo de uma Plataforma Suspensa Rolante (PSR), a qual serve como base para
trabalhadores em limpeza e manutenção de plenum de cabines em geral.
Para a elaboração do projeto foram necessárias pesquisas na área dos
equipamentos de elevação e transporte, em especial as pontes rolante, visto que é a
máquina que mais se assemelha ao protótipo proposto.
Para que fosse possível a montagem da estrutura, assim como a sua
movimentação, houve a necessidade da busca por conhecimentos de elementos de
máquina específicos e as fórmulas básicas utilizadas para o dimensionamento
estrutural de cada elemento.
Após conclusão das pesquisas e finalização dos cálculos de
dimensionamento foi realizada a montagem dos elementos que compõem a
estrutura da Plataforma Suspensa Rolante (PSR), garantindo assim a movimentação
de translação no sentido de avanço.
Palavras-chave: Protótipo, Plataforma Suspensa Rolante, plenum, Ponte rolantes.
VII
ABSTRACT
This Final Paper consists on the creation of a Suspended Travelling Platform
prototype to be used as a base by cleaners and maintenance workers of general
cabins plenum.
Researches in the area of lifting and transportation equipment’s were required
on the development of this project, especially regarding Overhead Travelling Cranes,
the machine which is most similar to the proposed prototype.
To be able to mount the structure as well as its handling, it was necessary to
search for specific knowledge on the machine elements and for the basic formulas
used on the structural design of each element.
At the conclusion of the researches and the design calculations, we
assembled the elements that make up the framework of the Suspended Travelling
Platform, thus ensuring the translational movement in the forward direction of the
same.
Keywords: Prototype, Suspended Rolling Platform, plenum, Overhead Travelling
Cranes.
VIII
SUMÁRIO
LISTA DE TABELA .................................................................................................... X
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 11
2 OBJETIVOS ....................................................................................................... 12
2.1 Geral .........................................................................................................................................................12
2.2 Específicos .................................................................................................................................................12
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................. 12
3.1 Máquinas de elevação e transporte ..................................................................................................12
3.2 Componentes da plataforma suspensa rolante ......................................................................................14
3.2.1 Sistema de transmissão ..........................................................................................................................15 3.2.1.1Transmissão por polias e correia .......................................................................................................15 3.2.1.2 Mancais de Rolamento ....................................................................................................................16 3.2.1.3 Eixos e árvores .................................................................................................................................17
3.2.2 Motorização e potência ..........................................................................................................................18
3.2.3 Movimentação .......................................................................................................................................19 3.2.3.1 Trilhos .............................................................................................................................................19 3.2.3.2 Rodas de translação .........................................................................................................................19
3.2.4 Estruturas ...............................................................................................................................................20 3.2.4.1 Vigas ...............................................................................................................................................20
4. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................. 24
4.1 Materiais ...............................................................................................................................................24 a) Estrutura da plataforma: ....................................................................................................................24 b) Equipamentos de movimentação: ......................................................................................................25 c) Transmissão de potência: ........................................................................................................................25
4.2 Métodos ................................................................................................................................................25 a) Construção da estrutura da plataforma: ............................................................................................26 b) Construção do mecanismo de translação e sustentação da plataforma; ..............................................26 c) Estrutura e os componentes da transmissão de força .........................................................................27
5. CONCLUSÕES .................................................................................................. 30
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS................................................. 31
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 32
IX
LISTA DE FIGURA
Figura 1 - Elementos da ponte rolante (DEMAG apud. SOARES, 2011). ............. 13
Figura 2 - Relação entre polias com: (a) transmissão direta do sentido de rotação e (b) inversão do sentido de rotação (GENEROSO, 2009). ...................... 15
Figura 3 - Mancal de apoio com uma fileira de esferas (adaptado de Lafer Rolamentos). .................................................................................................................... 17 Figura 4 - Sistema de acionamento e transmissão de potência de um carro de translação (NASSAR). .................................................................................................... 18 Figura 5 - Viga biapoiada com carga pontual na região central. ........................... 20
Figura 6 - Seção 1 da viga biapoiada. ......................................................................... 21
Figura 7 - Seção 2 da viga biapoiada. ......................................................................... 22
Figura 8 - Diagrama da cortante da viga biapoiada. ................................................ 22 Figura 9 - Diagrama do momento fletor da viga biapoiada. ................................... 23
Figura 10 - Perfil da viga caixão com a linha elástica. ............................................ 23
Figura 11-Estrutura da plataforma ............................................................................... 26 Figura 12-mecanismo de translação e sustentação da plataforma ...................... 27
Figura 13 Estrutura e os componentes da transmissão de força ......................... 28
Figura 14-Protótipo Plataforma Suspensa Rolante.................................................. 28
X
LISTA DE TABELA
Tabela 1 - Dimensionamento da estrutura – vigas. .................................................. 29
Tabela 2 - Dimensionamento dos equipamentos de movimentação. ................... 29
11
1. Introdução
Nas cabines das áreas de pintura são utilizadas plataformas suspensas
manuais para limpeza e manutenção dos plenum. A movimentação das plataformas
suspensas apresenta um elevado grau de dificuldade, ocasionando o desgaste físico
nos seus operadores e potencializando os riscos nas execuções de limpeza e
manutenção dos plenum.
Atualmente tais trabalhos são realizados ignorando todos os riscos
ergonômicos e de acidentes aos quais os trabalhadores são submetidos. As
consequências desses riscos variam desde uma simples torção a uma lesão lombar,
ocasionados devido ao esforço excessivo realizado pelo trabalhador durante o
deslocamento manual dessas plataformas.
A implantação de uma motorização nas plataformas suspensas apresenta-se
como uma solução viável a redução dos riscos e tempo de operação, maximizando o
rendimento dos trabalhos de limpeza e manutenção nos plenum. Essa motorização
consiste na incorporação de um motor elétrico, cuja rotação é transmitida ao eixo
motor da plataforma gerando o movimento desejado.
Assim, para verificar o desempenho dessa implantação nas plataformas
suspensas foi proposto o desenvolvimento de um protótipo, utilizando os princípios
de sustentação e movimentação de pontes rolantes.
12
2 Objetivos
2.1 Geral
Desenvolver um protótipo de plataforma suspensa rolante para transporte de
pessoas e/ou materiais na execução da limpeza das partes superiores do plenum de
cabines em geral.
2.2 Específicos
- Dimensionar os elementos do protótipo;
- Escolher o material a ser utilizado;
- Estimar as cargas máximas carregadas pelo protótipo;
- Definir a motorização adequada para o carregamento obtido.
3. Revisão bibliográfica
3.1 Máquinas de elevação e transporte
As máquinas de elevação e transporte são construídas conforme as
especificações de sua área de aplicação. Essas máquinas são utilizadas nos mais
diversos setores industriais e representam uma gama de equipamentos, sendo os
mais empregados: os guindastes, as pontes rolantes, os elevadores e os guinchos
(NASSAR).
Segundo Rudenko (1976), esses equipamentos de elevação e transporte são
classificados segundo três principais grupos, os quais são:
Máquinas de elevação: tem por finalidade elevar cargas em lotes,
consistindo nos pórticos (e pontes) rolantes, elevadores, guindastes.
13
Máquinas de transporte: responsáveis por movimentar cargas em fluxo
contínuo, ou seja, transportadores, equipamentos pneumáticos e
hidráulicos.
Máquinas de superfície: movimentam cargas em lotes embora sejam
desprovidos de mecanismos de elevação (carros sem trilhos, carros de
via estreita, sistemas de vias elevadas, etc.).
Embora por definição as máquinas de elevação destinem-se a movimentação
de cargas no sentido vertical, tais equipamentos são versáteis e podem apresentar
movimentos horizontais e/ou circulares (RUDENKO, 1976).Dentre tais equipamentos
de elevação destacam-se as pontes rolantes pela sua semelhança ao sistema
proposto de plataforma suspensa rolante.
As pontes rolantes são equipamentos usados para transportar cargas dentro
de um espaço pré-determinado, sendo constituída basicamente de duas vigas
principais, carro guincho, viga cabeçote e vigas de suporte. O carro guincho percorre
todo o comprimento das vigas principais.
O tamanho das pontes rolantes é limitado pelas vigas principais, conforme
mostra a Figura 1, tendo como vigas de suporte as paredes laterais da fábrica onde
estão instaladas (SOARES, 2011).
Figura 1 - Elementos da ponte rolante (DEMAG apud. SOARES, 2011).
14
O protótipo da plataforma suspensa rolante apresenta as vigas de sustentação
semelhantes ao das pontes rolantes, e no lugar do gancho e do carro guincho tem-se
uma plataforma estrutural vazada, a qual consiste no foco do presente projeto.
Para garantir a eficiência da plataforma suspensa rolante faz-se necessário
adequar seu projeto aos critérios e sequência do dimensionamento das pontes
rolantes. Assim, conforme disposto por DIAS (apud. LANGUI,2001), o
dimensionamento deverá considerar o tipo de movimentação, as cargas sujeitas, as
dimensões (entre vão, altura de elevação, distância do trilho da parede do plenum),
a intensidade do trabalho, o ambiente (que no caso do plenum da cabine de pintura
o ambiente é fechado), as condições do plenum, a velocidade desejada, o sistema
de potência e comando e o percurso.
3.2 Componentes da plataforma suspensa rolante
Uma máquina é composta por uma série de componentes e unidade mais
simples. Assim, podem ser definidos como elementos das máquinas de elevação
todas as peças ou componentes que quando montados corretamente garantem seu
perfeito funcionamento.
A fim de facilitar o entendimento, os componentes da plataforma suspensa
rolante foram divididos segundo grupos de semelhança, os quais são: sistema de
transmissão; motorização e potência; movimentação (trilhos e roldanas de
translação) e estrutura.
15
3.2.1 Sistema de transmissão
3.2.1.1Transmissão por polias e correia
As polias e correias são utilizadas para transmitir potência quando a distância
entre os elementos motor e movido é suficientemente grande de modo a
impossibilitar o uso de engrenagens. Dentre as vantagens em se utilizar este
sistema de transmissão ressalta-se a economia na montagem e manutenção, a
ausência de lubrificação, a maior durabilidade e a redução de choques e vibrações
devido a sua flexibilidade (SHIGLEY, 1984).
As polias são responsáveis pela transmissão do movimento da correia ao eixo
movido, sendo firmemente acopladas aos eixos da máquina (motor e movido). Essa
transmissão possibilita o movimento ordenado entre o conjunto, sendo de suma
importância seu correto alinhamento para que não ocorra o desgaste prematuro de
mancais e eixos. O tipo da polia dependerá da sua aplicação, podendo ser planas ou
trapezoidais, com ou sem canal (MAIA, 2006).
A correia tem por finalidade manter a ligação entre as duas polias,
transmitindo a potência do motor, além de permitir variações de velocidade com
rotações no mesmo sentido (correia aberta) ou em sentidos opostos (correia
fechada) (SHIGLEY, 1984), conforme mostra a Figura 2.
Figura 2 - Relação entre polias com: (a) transmissão direta do sentido de rotação e (b) inversão do sentido de rotação (GENEROSO, 2009).
A transmissão por polias e correia apresenta o mesmo princípio e relação
matemática que a transmissão por engrenagens, sendo a mesma descrita pela
equação (1).
16
𝑖 =𝑑𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟
𝑑𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟=
𝑛𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟
𝑛𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 (1)
Na equação (1) o parâmetro𝑖representa a relação de transmissão, 𝑑𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 o
diâmetro da polia maior (mm), 𝑑𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 o diâmetro menor (mm), 𝑛𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 a rotação da
polia maior (rpm) e 𝑛𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 a rotação da polia menor (rpm).
Para o dimensionamento do comprimento da correia considera-se a distância
entre os centros das polias (C) além dos diâmetros das polias conforme mostra a
equação (2).
𝑙 = 2𝐶 + 1,57(𝑑𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 + 𝑑𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟) +(𝑑𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟−𝑑𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟)2
4𝐶 (2)
3.2.1.2 Mancais de Rolamento
Os mancais consistem nos elementos das máquinas responsáveis por
suportar o eixo e evitar o atrito entre peças, podendo ser lisos (mais simples e
baratos) ou de rolamentos (maior durabilidade) (PAULI E ULIANA, 1996).
A preferência pelos mancais de rolamento dá-se em casos onde a lubrificação
é inviável ou de difícil acesso, quando se requer uma maior economia da potência
do motor ou busca-se uma maior segurança de serviço (ERNST,1970). Estes
mancais também são utilizados em máquinas com acionamento pouco frequente,
como o caso do Protótipo Plataforma Suspensa Rolante (PPSR).
Os mancais de rolamentos são constituídos basicamente por dois anéis de
aço separados por uma ou duas fileiras de esferas ou rolos, os quais são mantidos
uniformemente distribuídos por meio da gaiola (ou separador) conforme mostra a
Figura 3. O anel externo de aço é fixado no mancal bipartido, enquanto que o anel
interno é ligado diretamente ao eixo (PAULI E ULIANA, 1996).
17
Figura 3 - Mancal de apoio com uma fileira de esferas (adaptado de Lafer Rolamentos).
A classificação dos mancais de rolamentos segue os tipos de carregamentos
impostos sobre os mesmos, os quais podem ser: radiais (cargas radiais e axiais
leves), axiais (solicitados apenas no sentido axial) e mistos (suportam
carregamentos axiais e radiais) (PAULI E ULIANA, 1996). Assim, além do tipo de
carregamento é necessário analisar a durabilidade dos mancais na hora de sua
escolha, observando também as indicações dos fabricantes (ERNST,1970).
3.2.1.3 Eixos e árvores
As árvores são elementos mecânicos rotativos ou estacionários responsáveis
por sustentar os elementos de transmissão de potência. Assim, os mesmos podem
estar sujeitos a esforços de tração, torção, flexão e compressão. Os eixos cumprem
o mesmo papel de sustentação das árvores, diferenciando apenas por não estarem
sujeitos aos esforços de torção (SHIGLEY, 1984).
Para o dimensionamento das árvores são considerados o torque e a rotação
das mesmas no ponto de aplicação, levando em consideração o fator de segurança
do projeto.
Na Figura 4 é apresentado um exemplo de aplicação das árvores na
transmissão de potência em um equipamento de elevação e transporte.
Anel externo
Separador
Esferas
18
Redutor
Engrenagens
Acoplamentos
Rodas Motrizes Rodas Movidas
Motor
Freio
Figura 4 - Sistema de acionamento e transmissão de potência de um carro de translação (NASSAR).
3.2.2 Motorização e potência
Conforme apresentado na Figura 4, a parte de movimentação do carro ocorre
devido à transformação da energia elétrica em energia mecânica realizada pelo
motor elétrico.
O motor elétrico monofásico tem por princípio de funcionamento a
energização dos campos magnéticos girante, gerando uma defasagem de 120°.
Essa defasagem dos campos magnéticos em conjuntos com as bobinas do motor
cria um campo magnético circular contínuo, o qual é transferido para um eixo no
centro, transformando energia elétrica em energia mecânica cinética (ERNST, 1970).
A escolha do motor elétrico de um equipamento de elevação e transporte
deve garantir a movimentação do carro, ou como no presente projeto, na cabine da
Plataforma Suspensa Rolante (PSR). Assim, essa escolha leva em consideração
três requisitos de projeto: potência, frequência e rotação.
O cálculo da potência do motor leva em consideração o trabalho realizado de
deslocamento da massa da cabine durante a translação e o tempo de operação,
conforme mostra a equação (3).
𝑃 =𝑊
𝑡=
𝐹∙𝑑
𝑡 (3)
19
no qual W é o trabalho em (Joule), t o tempo em (s) e P a potência em (W).
Observa-se através da equação (3), que o trabalho mecânico consiste no produto da
força em (N) pela distância em (m).
Para a conversão da potência em (HP) divide-se o resultado da equação (3)
por 746 e em (CV) por 735,5.
A frequência do motor é obtida através da equação (4), sendo t o tempo em
(s) e F a frequência em (Hz).
𝑓 =1
𝑡 (4)
Já a rotação (rpm) é definida pelo número de polos (p) e pela frequência (f)
conforme apresentado pela equação (5).
𝑛 =120∙𝑓
𝑝 (5)
3.2.3 Movimentação
3.2.3.1 Trilhos
Os trilhos consistem no guia das rodas de translação, sendo, portanto fixados
nas vigas laterais. Por estarem em posicionados abaixo das rodas, os trilhos
precisam resistir aos esforços aos quais são submetidos durante o movimento de
translação da cabine (NASSAR).
3.2.3.2 Rodas de translação
As rodas giram nas árvores e eixos, deslocando a cabine do Protótipo
Plataforma Suspensa Rolante (PPSR) ao longo do trilho. Durante esse movimento
de deslocamento, as rodas ficam sujeitas a esforços decorrentes do próprio peso da
cabine da PSR e da carga de movimentação (pessoas e materiais).
20
O dimensionamento das rodas em (mm)é obtido pela equação (6), a qual
considera a pressão de contato (Kf) em (N/mm²), a carga aplicada em uma roda (Pr)
em (N) obtida a partir da carga total e a largura de contato com o trilho (B) em (mm)
(NASSAR).
𝐷 =𝑃𝑟
𝐾𝑓∙𝐵 (6)
3.2.4 Estruturas
3.2.4.1 Vigas
Viga é um elemento estrutural projetado para suportar carregamentos ao
longo do seu comprimento. Assim, torna-se imprescindível para o projeto de vigas a
análise das tensões de flexão e cisalhamento e o levantamento das forças de
cisalhamento máximas (Vmáx) e dos momentos máximos (Mmáx) obtidos através dos
diagramas da cortante (Q) e do momento (M).
Nos diagramas da cortante e do momento fletor são representados os valores
positivos e negativos ao longo de todo o comprimento da viga. Positivos quando
estiverem abaixo do apoio e negativo quando estiver acima (MELCONIAN,2009)
Para a construção do diagrama é necessário definir as forças externas e das
reações e o momento gerado pelas mesmas. Assim, supondo que uma viga
biapoiada recebe dois carregamentos pontuais em sua região central, conforme
apresentado na Figura 5, as reações dos apoios podem ser obtidas através do
equilíbrio estático das forças na direção vertical (eixo y) e dos momentos em relação
a um apoio da estrutura.
Figura 5 - Viga bi apoiada com carga pontual na região central.
L l
21
Um sistema é dito em equilíbrio estático quando a resultante de suas forças é
nula, ao seja, os somatórios de todas as forças e de todos os momentos são iguais à
zero. Tomando Ay e By como a reações dos apoios na direção y é possível
determinar seus valores através do equilíbrio estático descrito através das equações
(7) a (10).
∑ 𝐹𝑦 = 0 (7)
𝐴𝑦 + 𝐵𝑦 − 𝑃1 − 𝑃2 = 0 ∴ 𝐴𝑦 + 𝐵𝑦 = 𝑃1 + 𝑃2 (8)
∑ 𝑀𝐴 = 0 (9)
−𝑃1 ∙ (𝐿
2−
𝑙
2) − 𝑃2 ∙ (
𝐿
2+
𝑙
2) + 𝐵𝑦 ∙ 𝐿 = 0 ∴ 𝐵𝑦 = 𝑃1 ∙ (
𝐿
2−
𝑙
2) + 𝑃2 ∙ (
𝐿
2+
𝑙
2) (10)
Após definição das reações é possível obter os esforços cortantes e
momentos fletor em função do comprimento da viga através do método das seções.
Aplicando o método para a viga apresentada na Figura 5, tem-se a seção 1 entre o
apoio A e a primeira força concentrada P, conforme mostra a Figura 6.
Figura 6 - Seção 1 da viga bi apoiada.
Analisando o equilíbrio estático da Figura 6, através das equações (7) e (12)
encontra-se a força cortante (V) atuante na seção 1, apresentada na equação (11), e
o momento fletor (M) em função do comprimento da seção analisada, equação (13).
∑ 𝐹𝑦 = 0 (7)
𝐴𝑦 − 𝑉 = 0 ∴ 𝐴𝑦 = 𝑉 (11)
∑ 𝑀 = 0 (12)
−𝐴𝑦 ∙ 𝑥 + 𝑀 = 0 ∴ 𝑀 = 𝐴𝑦 ∙ 𝑥 (13)
Observe através da Figura 6 que o valor da distância analisada (x) na
equação (13) está entre zero e metade do comprimento total da viga menos metade
da distância entre as cargas externas, ou seja, 0 ≤ 𝑥 < (𝐿 2⁄ − 𝑙 2⁄ ).
A primeira seção é suficiente para predizer o comportamento das forças
cortantes e dos momentos atuantes apenas do comprimento 0 ≤ 𝑥 < (𝐿 2⁄ − 𝑙 2⁄ ) da
viga, necessitando, portanto, de mais duas seções. Assim, a segunda seção ocorre
entre as duas cargas externas, sendo representada na Figura 7.
V
M
x
22
Figura 7 - Seção 2 da viga bi apoiada.
Na seção 2, o trecho da viga analisado está entre(𝐿 2⁄ − 𝑙 2⁄ ) ≤ 𝑥 ≤ (𝐿 2⁄ +
𝑙 2⁄ ). Se o equilíbrio estático for novamente aplicado, equações (7) e (12), observa-
se uma nova relação entre a reação (Ay), a força externa (P1), a força cortante (V) e
o momento fletor (M), conforme demonstrada nas equações (14) e (15).
∑ 𝐹𝑦 = 0 (7)
𝐴𝑦 − 𝑃1 − 𝑉 = 0 ∴ 𝐴𝑦 − 𝑃1 = 𝑉 (14)
∑ 𝑀 = 0 (12)
−𝐴𝑦 ∙ 𝑥 + 𝑃1 ∙ [𝑥 − (𝐿 2⁄ − 𝑙 2⁄ )] + 𝑀 = 0 ∴
𝑀 = 𝐴𝑦 ∙ 𝑥 − 𝑃1 ∙ [𝑥 − (𝐿 2⁄ − 𝑙 2⁄ )] (15)
Por fim, a seção 3 compreende no trecho entre (𝐿 2⁄ + 𝑙 2⁄ ) < 𝑥 ≤ 𝐿, em que a
força cortante (V) e o momento fletor (M) ao longo do comprimento analisado são
descritos através das equações (16) e (17).
∑ 𝐹𝑦 = 0 (7)
𝐴𝑦 − 𝑃1 − 𝑃2 − 𝑉 = 0 ∴ 𝐴𝑦 − 𝑃1 − 𝑃2 = 𝑉 (16)
∑ 𝑀 = 0 (12)
−𝐴𝑦 ∙ 𝑥 + 𝑃1 ∙ [𝑥 − (𝐿 2⁄ − 𝑙 2⁄ )] + 𝑃2 ∙ [𝑥 − (𝐿 2⁄ + 𝑙 2⁄ )] + 𝑀 = 0 ∴
𝑀 = 𝐴𝑦 ∙ 𝑥 − 𝑃1 ∙ [𝑥 − (𝐿 2⁄ − 𝑙 2⁄ )] + 𝑃2 ∙ [𝑥 − (𝐿 2⁄ + 𝑙 2⁄ )] (17)
Os diagramas da cortante e do momento fletor são obtidos através das
equações (11), (13), (14), (15), (16) e (17) e demonstrados nas Figuras 8 e 9.
Figura 8 - Diagrama da cortante da viga bi apoiada.
V
M
x
V
x
23
Figura 9 - Diagrama do momento fletor da viga bi apoiada.
Através dos diagramas da cortante e do momento fletor é possível obter os
valores máximos necessários para determinar a tensão normal máxima e a tensão
de cisalhamento máxima de flexão da viga. Para os cálculos dessas tensões deve-
se considerar a distância do ponto mais externo da viga até o meio da mesma (onde
está a linha elástica), a força cortante, o momento fletor, a largura e o momento de
inércia da seção transversal da viga. As relações entre essas variáveis são descritas
nas equações (18) e (19), conforme se segue (MELCONIAN,2009):
𝜎 =𝑀∙𝑐
𝐽 (18)
𝜏 =𝑉∙𝑄
𝐽∙𝑏 (19)
Na equação (18), “σ” é a tensão normal de flexão, “c” a distância da linha
elástica (representada na Figura 10) até a superfície externa da viga e “J” o
momento de inércia da seção transversal.
Figura 10 - Perfil da viga caixão com a linha elástica.
Na equação (19), 𝜏 é a tensão de cisalhamento, Q é o momento estático da
região acima da linha elástica, J o momento de inércia e b a largura da viga.
x
M
c
b
Linha elástica
24
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 Materiais
Os materiais utilizados no protótipo da Plataforma Suspensa Rolante (PSR)
são listados a seguir, de acordo com a sua ordem de montagem.
a) Estrutura da plataforma:
Para a construção da base e estrutura da plataforma e estrutura do plenum
foram utilizados:
Uma (1) Chapa de ferro (metalon): 500 (mm) de comprimento, 700 (mm) de largura e
20 (mm) de espessura.
Quatro (4) tubos de ferro (metalon) - colunas de sustentação da plataforma: seção
transversal de 20x20 (mm) e comprimento de 700 (mm).
Um (1) tubo de ferro (metalon) – coluna de sustentação do motor: seção transversal
de 20x20 (mm) e comprimento de 700 (mm).
Dois (2) tubos de ferro (metalon) – proteção da plataforma/ sentido transversal:
seção transversal de 20x20 (mm) e comprimento de 660 (mm).
Quatro (4) tubos de ferro (metalon) – proteção da plataforma/ sentido longitudinal:
seção transversal de 20x20 (mm) e comprimento de 400 (mm).
Duas (2) chapas para suporte dos mancais: 150 (mm) comprimento, 80 (mm) de
largura e 5 (mm) espessura.
Quatro (4) parafusos sextavados com porca.
Duas (2) barras para estrutura do plenum: seção transversal de 40x40 (mm) e
comprimento de 2000 (mm).
Quatro (4) barras para coluna do plenum: seção transversal de 40 x40 (mm) e
comprimento de 1000 (mm).
Duas (2) barras para conexão da estrutura do plenum: seção transversal de lado de
40x40(mm) e comprimento de 900 (mm).
Duas (2) cantoneiras com 2000 (mm) de comprimento e 15 (mm) de espessura.
25
b) Equipamentos de movimentação:
Para movimentação do sistema foram utilizadas:
Duas (2) roldanas – eixo traseiro: diâmetro externo de 50 (mm)e diâmetro
interno de 20 (mm).
Duas (2) roldanas – eixo dianteiro: diâmetro externo de 50 (mm)e diâmetro
interno de 10 (mm).
Dois (2) pinos com diâmetro de 10 (mm).
Um (1) eixo - traseiro: diâmetro de 20 (mm) e comprimento de 700(mm).
Dois (2) mancais: diâmetro interno de 50 (mm).
Dois (2) rolamentos: diâmetro externo de 50 (mm) e diâmetro interno de 20
(mm).
c) Transmissão de potência:
Para a motorização e sistema de transmissão de potência foram utilizados:
Um (1) motor monofásico – especificação: Weg E48 T /391, com ¼ cv de potência,
rotação de 1725rpm e frequência de 60 Hz de 220 (V).
Uma (1) polia: diâmetro externo de 170(mm) e com diâmetro interno de 20(mm).
Uma (1) polia: diâmetro externo de 80(mm) e com diâmetro interno 12(mm).
Uma correia trapezoidal – V com espessura de 10 (mm).
4.2 Métodos
A montagem do PPSR foi dividida em três partes denominadas de A,B e C.
Onde a parte A consiste na estrutura da plataforma, B estrutura de sustentação e
movimentação e C consiste em estrutura e componentes de transmissão de força.
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a) Construção da estrutura da plataforma:
Para a estrutura soldou-se quatro (4)barras de700 mm nas
extremidades da chapa com respectivas dimensões 700x500 mm e 15 mm
de espessura.
Em seguida fixou-se três (3) barras transversais, nas laterais e na
parte de trás ,todas elas na parte superior
Fixaram-se mais três (3) barras transversais para a proteção do
operador, com distanciamento de 350 mm das barras superiores.
Esta foi a montagem da estrutura da cabine como mostra a Figura 11 a
seguir ,sem a chapa.
Figura 11-Estrutura da plataforma
b) Construção do mecanismo de translação e sustentação da plataforma;
Denominamos como B a estrutura do trilho aonde nossa plataforma se
locomoverá.
A montagem do trilho consiste em fixar duas(2) barras de 900 mm nas
extremidades da barra de 2000 mm . Fixou-se uma segunda barra de 2000
mm na estrutura já montada assim formando um retângulo.
Para o apoio da estrutura do trilho foi fixado quatro (4) barras de 1000
mm em suas extremidades. Em seguida soldaram-se as cantoneiras nas duas
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(2) barras de 2000 mm assim formando a estrutura para a locomoção da
plataforma Figura 12.
Figura 12-mecanismo de translação e sustentação da plataforma
c) Estrutura e os componentes da transmissão de força
A estrutura e os componentes de transmissão de força foi utilizada uma barra de 350
mm fixada através de solda na para suporte do motor que foi fixado nas barras de
proteção através de solda, motor foi fixado através de quatro (4) parafusos. Dois (2)
na barra que foi utilizada como proteção e dois na barra de suporte.
Em seguida Foram fixadas na parte frontal duas chapas de 150x80 mm com 5
mm de espessura para ser utilizada como o suporte dos dois mancais de rolamento
que por sua vez foram fixados através de 4 parafusos sextavados, dois para cada
mancal de rolamento.
Em uma barra com 20 de diâmetro e 700 mm de comprimento acoplou-se a
polia de diâmetro externo de 170 mm que é denominada como polia movida.
Essa barra foi encaixada nos mancais de rolamento assim tornando-se o eixo
arvore do protótipo.
Nas extremidades do eixo arvore foram fixadas duas roldanas com diâmetro
interno de 20 mm através de parafusos allien.
Em seguida no motor foi fixado através de solda a polia com diâmetro
externo de 80 mm que é denominada como polia motora. através de dois pinos um
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em cada lateral foram fixadas duas roldanas com diâmetro interno de 10 mm para
dar apoio na sustentação e movimentação da estrutura da plataforma.
Na polia motora e polia movida foi encaixado uma correia trapezoidal dentada
V. Como mostra Figura 13.
Figura 13 Estrutura e os componentes da transmissão de força
E por fim de todo o processo estabeleceu-se a união das duas estruturas Figura 14
Figura 14-Protótipo Plataforma Suspensa Rolante
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A Tabela 1 apresenta-se os resultados obtidos no dimensionamento do protótipo plataforma suspensa rolante (PPSR).
Tabela 1 - Dimensionamento da estrutura – vigas.
Fórmulas Resultados
Forças𝑅𝐴 + 𝑅𝐵 = 0 196N
Força cortante Q diagrama 98N
Momento Máximo𝑀𝑚𝑎𝑥 =𝑄×𝐿2
8 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 49𝑁/𝑚
𝜎 =𝑀
𝐽 𝐽 = 0,23. 10−6𝑚4
Área da secção quadrada𝐽 =𝑎
12
4 𝑎 ≅ 41. 10−3𝑚𝑜𝑢 41 𝑚𝑚
A Tabela 2 apresenta resumidamente os resultados dos cálculos para
construção do mecanismo de translação da plataforma.
Tabela 2 - Dimensionamento dos equipamentos de movimentação.
Formulas Resultados
Motorização e Potencia
Potencia 𝑃 =𝑊
𝑡=
𝐹∙𝑑
𝑡 184Cv
Frequência 𝑓 =1
𝑡 𝑓 ≅ 60𝐻𝑧
Relação e transmissão
Polias 𝑖 =𝑑𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟
𝑑𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟=
𝑛𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟
𝑛𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑖 ≅ 2,5
Comprimento da correia
𝑙 = 2𝐶 + 1,57(𝑑𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 + 𝑑𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟)
+(𝑑𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 − 𝑑𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟)2
4𝐶
𝑙 ≅ 1000𝑚𝑚
Trilhos e Rodas
Diâmetro da roda𝐷 =𝑃𝑟
𝐾𝑓∙𝐵 𝐷 ≅ 0,01𝑚𝑚
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5. CONCLUSÕES
Neste trabalho foi apresentado o princípio de máquinas de elevação e
transporte, sua relação com o protótipo de Plataforma Suspensa Rolante (PPSR)
proposto e os elementos constituintes desse equipamento.
Através dos fundamentos apresentados foi possível desenvolver um protótipo
de Plataforma Suspensa Rolante (PPSR) que viabiliza a diminuição dos esforços
físicos dos trabalhadores, aumentando a agilidade e o rendimento dos serviços de
limpeza de plenum de cabines.
No dimensionamento dos elementos do protótipo utilizaram-se os princípios
de projeto e os cálculos de cargas máximas de pontes rolantes, embora na escolha
do material deu-se prioridade aos de menor custo.
Através da estimativa do peso total da estrutura foi possível determinar a
potência, frequência e rotação necessárias para a escolha da motorização do
Protótipo da Plataforma Suspensa Rolante.
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6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
O presente trabalho consistiu em um desafio para os autores, exigindo a
busca por conceitos além dos apresentados ao longo do curso de Técnico em
Mecânica. Entende-se por tais conceitos a própria definição de máquinas de
elevação e transporte, a relação de escala entre protótipo e modelo, cálculo de
estabilidade e balanceamento de estruturas, sistema de amortecimento, redução e
frenagem, potência nominal de motores elétricos e instalação da motorização.
Assim, por se tratar de princípios mais avançados de engenharia propõe-se
como sugestão para trabalhos futuros: a adequação do protótipo as condições locais
de trabalho (relação de escala), a utilização de softwares de análise em engenharia
para o cálculo de estabilidade da estrutura, o aperfeiçoamento da motorização com
redutores e freios e a adequação da Plataforma Suspensa Rolante as normas
regulamentadoras e as normas técnicas vigentes.
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REFERÊNCIAS
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GENEROSO, D. J. Elementos de máquinas. Araranguá: IFSP, 2009. (Apostila)
LANGUI, C. A. Pontes rolantes – a importância do equipamento nas áreas de produção industrial. Trabalho de conclusão de curso (Especialização) – Departamento de Economia, Contabilidade, Administração e Secretariado, Universidade de Taubaté, Taubaté, 2001. MAIA, G. P. Prática da manutenção. Divinópolis: SENAI, 2006. (Apostila para o curso Técnico em Mecânica Industrial). MARTIN, M. E. S.; ROCHA, D. M.; BUSS, M. R. P. Estudo ergonômico e medição de esforços na movimentação de andaimes suspensos mecânicos. In: Encontro Nacional de Engenharia de Produção, 25, 2005, Porto Alegre. Anais... Porto Alegre: PUCRS, 2005. MELCONIAN, S. Mecânica técnica e resistência dos materiais. 18ª Edição. São Paulo: Érica, 2009. NASSAR, W. R. Máquinas de elevação e transportes. Santos: ano desconhecido. (Apostila). PAULI, E. A.;ULIANA, F. S. Noções Básicas de Elementos de Máquinas – Mecânica. Vitória: SENAI, 1996. (Apostila do CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção) RUDENKO, N. Máquinas de elevação e transporte. Traduzido por João Plaza. Rio de Janeiro: Livros técnicos e científicos editora S.A., 1976.
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SAURIN, T. A.; ANDRADE, F. R.; GUIMARÃES, L. B. M.; COSTA, F. N. Diagnóstico ergonômico da movimentação de andaimes suspensos mecânicos. Porto Alegre: Ambiente Construído, v. 5, n. 1, p. 7-21, jan./mar. 2005. ISSN 1415-8876. SHIGLEY, J. E. Elementos de máquinas – Vol. 2. Traduzido por Edival Ponciano de Carvalho. Rio de Janeiro: Livros técnicos e científicos editora S.A., 1984. SOARES, J. O. Projecto e optimização de pontes rolantes. 2011. Dissertação (Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica) – Escola de Engenharia, Universidade do Minho, Minho, 2011.