tese jr 21 11 2007 pos def - fenix.tecnico.ulisboa.pt · este relatório apresenta o trabalho...

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Resumo

Este relatório apresenta o trabalho desenvolvido no projecto de uma plataforma elevatória e

basculante de Veículos em Fim de Vida (VFV) com o objectivo de torná-la uma alternativa económica

e simples. Estão incluídos no âmbito deste trabalho, a pesquisa de regulamentação aplicável, do

registo de patentes e de mercado, geração e selecção de conceitos de plataformas alternativas e

dimensionamento estrutural.

As pesquisas de mercado e de registo de patentes não devolveram resultados que permitissem

influenciar o projecto da plataforma, algo que talvez se possa justificar com a juventude do mercado

em causa.

Dos nove conceitos para plataformas alternativas geradas foi escolhida uma com o auxílio de

ferramentas de selecção e com base em critérios que são importantes para a empresa que propôs

este projecto. Para o dimensionamento estrutural aplica-se a norma EN 1493:1998 [1] juntamente

com o Regulamento de Estruturas de Aço (REA) [2]. Também foram utilizados dados recolhidos pela

instituição NHTSA [3].

Os objectivos de simplicidade e economia foram atingidos com a plataforma alternativa adoptada de

entre os conceitos propostos uma vez que daí resultou uma alternativa que se considerou ser mais

simples e eficiente do que a plataforma da empresa concorrente.

Palavras-chave: Veículos em Fim de Vida, VFV, Plataforma, Basculante, Elevatória, Projecto

ii

Abstract

This report presents the work developed in a project of a lifting and tilting End of Life Vehicle (ELV)

platform with the objective of making it an economic and simple alternative to the concurrent one.

The scope of this project was market, patents registry and legislation research, generation and

selection of concepts of alternative platforms and structural dimensioning.

Market and patens registry research have not produced results that would influence the platform

design, something that could be justified by the youth of the market in question.

Of all the nine alternative concepts of platforms generated, one was selected with the help of selection

tools (lectured in the Product Development discipline) based on criteria that is important to the

company that proposed this project. For the structural dimensioning it was applied the norm EN

1493:1998 [1] along with “Regulamento de Estruturas de Aço” (REA) [2]. It was also used gathered

information by the institution NHTSA [3].

The objectives of simplicity and economy were reached with the adopted alternative platform, chosen

among the proposed concepts, because the result was considered to be a simpler and more efficient

platform then the one of the competing company.

Keywords: End of Life Vehicles, ELV, Platform, Tilting, Elevating, Project

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Agradecimentos

Gostaria de expressar os meus agradecimentos aos meus Professores Miguel Matos Neves e Luís

Reis pela orientação e disponibilidade demonstradas ao longo deste trabalho.

À minha colega Maria Costa e Sousa pelo apoio incansável nos momentos mais difíceis e ao Eng.

Carlos Costa e Sousa pela ajuda preciosa em momentos chave.

Ao Eng. Pedro Nazareth pela disponibilidade demonstrada e pela oportunidade apresentada de

trabalhar em projecto. À Eng. Ana Matos pela atenção e colaboração.

Aos meus pais pela interminável compreensão e ajuda ao longo de todos estes anos.

iv

Índice

RESUMO .................................................................................................................................................. i

ABSTRACT ............................................................................................................................................. ii

AGRADECIMENTOS ............................................................................................................................. iii

ÍNDICE .................................................................................................................................................... iv

LISTA DE TABELAS ............................................................................................................................. vi

LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................................. vi

LISTA DE ABREVIATURAS................................................................................................................ viii

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 1

1.1. MOTIVAÇÃO ............................................................................................................................................. 1

1.2. CARACTERIZAÇÃO DA PLATAFORMA DA EMPRESA LSD ......................................................................... 2

1.3. OBJECTIVOS ............................................................................................................................................ 4

1.4. ESPECIFICAÇÕES DO PROJECTO ............................................................................................................ 5

1.4.1. Requisitos do projecto ...................................................................................................................... 5

1.4.2. Constrangimentos do projecto ........................................................................................................ 8

1.5. DESCRIÇÃO DO CONTEÚDO DESTE PROJECTO ....................................................................................... 8

2. REGULAMENTAÇÃO, MERCADO E PATENTES ......................................................................... 9

2.1. DIRECTIVA MÁQUINAS............................................................................................................................. 9

2.1.1. Norma EN 1493:1998 ..................................................................................................................... 10

2.2. REGULAMENTO DE ESTRUTURAS DE AÇO (REA) ................................................................................ 13

2.3. DIRECTIVA VEÍCULOS EM FIM DE VIDA ................................................................................................. 13

2.4. PESQUISA DE MERCADO ....................................................................................................................... 15

2.4.1. Elevador de veículos de dois postes ............................................................................................ 15

2.4.2. Elevador de veículos de quatro postes ........................................................................................ 15

2.4.3. Elevador de veículos em tesoura .................................................................................................. 16

2.4.4. Elevador de veículos inserido no solo .......................................................................................... 16

2.5. PESQUISA DE REGISTOS DE PATENTES ................................................................................................ 17

2.5.1. Elevadores de veículos de dois postes ........................................................................................ 17

2.5.2. Elevador de veículos de quatro postes ........................................................................................ 18

2.5.3. Elevador de veículos em tesoura .................................................................................................. 19

2.5.4. Elevador de veículos inserido no solo .......................................................................................... 19

2.5.5. Elevador de veículos móvel ........................................................................................................... 20

v

2.5.6. Plataformas de inclinação de veículos ......................................................................................... 21

3. GERAÇÃO E SELECÇÃO DE CONCEITOS ................................................................................ 23

3.1. DECOMPOSIÇÃO DE PROBLEMAS ......................................................................................................... 23

3.2. GERAÇÃO DE CONCEITOS ..................................................................................................................... 23

3.2.1. Conceito 0 ........................................................................................................................................ 24

3.2.2. Conceito 1 ........................................................................................................................................ 26

3.2.3. Conceito 2 ........................................................................................................................................ 28

3.2.4. Conceito 3 ........................................................................................................................................ 30

3.2.5. Conceito 4 ........................................................................................................................................ 32

3.2.6. Conceito 5 ........................................................................................................................................ 34

3.2.7. Conceito 6 ........................................................................................................................................ 36

3.2.8. Conceito 7 ........................................................................................................................................ 38

3.2.9. Conceito 8 ........................................................................................................................................ 40

3.3. SELECÇÃO DE CONCEITOS ................................................................................................................... 42

3.3.1. Critérios de selecção ...................................................................................................................... 42

3.3.2. Processos de selecção ................................................................................................................... 44

4. DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL .......................................................................................... 50

4.1. NOTAS DE CÁLCULO ............................................................................................................................. 50

4.1.1. Modos de carregamento, combinação de cargas B1v .............................................................. 52

4.1.2. Elementos normalizados ................................................................................................................ 55

4.1.3. Tranca ............................................................................................................................................... 56

4.1.4. Suporte, lado direito ........................................................................................................................ 58

4.1.5. Suporte, lado esquerdo .................................................................................................................. 60

4.1.6. Coluna ............................................................................................................................................... 61

4.1.7. Base .................................................................................................................................................. 63

4.1.8. Estabilidade, combinação de cargas B2 ...................................................................................... 66

5. CONCLUSÕES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ................................................................ 68

5.1. CONCLUSÕES ........................................................................................................................................ 68

5.2. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ........................................................................................................... 70

6. REFERÊNCIAS .............................................................................................................................. 71

ANEXO A - Cálculos Auxiliares .......................................................................................................... 73

ANEXO B - Desenhos Técnicos ......................................................................................................... 78

vi

Lista de Tabelas Tabela 1: Pesos atribuídos pela empresa Ambop a cada critério de selecção. .............................................................................44 Tabela 2: Quantificação de cada critério para todos os conceitos. ................................................................................................44 Tabela 3: Primeira fase do processo selecção qualitativo. ............................................................................................................45 Tabela 4: Resultados da segunda fase do processo selecção qualitativo. ....................................................................................46 Tabela 5: Resultados do segundo processo de selecção. .............................................................................................................47 Tabela 6: Resultados modificados do primeiro processo de selecção. .........................................................................................48 Tabela 7: Características do aço estrutural FeE355 para espessuras inferiores a 40 mm, fonte: [1]............................................50 Tabela 8: Tabela das características dos perfis normalizados utilizados. .....................................................................................55

Lista de Figuras Figura 1.1: Plataforma da empresa LSD inclinada a 90º em relação à vertical. ..............................................................................2 Figura 1.2: Remoção de um catalisador ao alto com recurso a uma tesoura de corte. ...................................................................2 Figura 1.3: Plataforma fabricada pela empresa LSD. ......................................................................................................................2 Figura 1.4: Vista frontal da plataforma. ............................................................................................................................................3 Figura 1.5: Pormenor das cavilhas da plataforma. ...........................................................................................................................3 Figura 1.6: Pormenor dos cilindros hidráulicos de inclinação da plataforma. ..................................................................................4 Figura 1.7: Plataforma da empresa LSD inclinada próxima dos 90º, fonte: [6]. ...............................................................................6 Figura 1.8: Distância mínima entre braços de suporte do veículo da plataforma da empresa LSD. ...............................................7 Figura 1.9: Distância máxima entre garfos de uma empilhadora, fonte: [7]. ....................................................................................7 Figura 1.10: Distância mínima entre os braços de suporte de uma plataforma de despoluição de VFV.........................................7 Figura 2.1: Distribuição da carga do veículo no dispositivo de suporte do veículo. .......................................................................12 Figura 2.2: Elevador de veículos de dois postes da empresa Rotary Lifts, fonte: [11]. .................................................................15 Figura 2.3: Elevador de veículos de quatro postes da empresa Maha, fonte: [12]. .......................................................................16 Figura 2.4: Elevador de veículos em tesoura da empresa Rotary Lifts, fonte: [11]. .......................................................................16 Figura 2.5: Elevador de veículos inserido no solo da empresa Rotary Lifts, fonte: [11]. ...............................................................17 Figura 2.6: Esquema de um elevador de veículos de dois postes patenteado, fonte: [13]. ...........................................................17 Figura 2.7: Patente de um elevador de veículos de quatro postes, fonte: [14]. .............................................................................18 Figura 2.8: Sistema de roldanas e cabos actuados por um cilindro hidráulico de uma patente de um elevador de veículos de

quatro postes, fonte: [14]. ......................................................................................................................................................18 Figura 2.9: Patente de um elevador de veículos em tesoura, fonte: [15]. ......................................................................................19 Figura 2.10: Elevador de veículos inserido no solo com sistema hidráulico inicial de baixa pressão, fonte: [16]..........................20 Figura 2.11: Patente de um elevador de veículos inserido no solo com sistema hidráulico adaptado de alta pressão, fonte: [16].

...............................................................................................................................................................................................20 Figura 2.12: Patente de um elevador de veículos móvel, fonte: [17]. ............................................................................................20 Figura 2.13: Patente de uma plataforma de inclinação parcial de veículos, fonte: [18]. ................................................................21 Figura 2.14: Patente de uma plataforma de inclinação de veículos a 90º, fonte: [19]. ..................................................................22 Figura 2.15: Sistema de inclinação da patente de uma plataforma de inclinação de veículos a 90º, fonte: [19]. ..........................22 Figura 3.1: Diagrama de decomposição de problemas. .................................................................................................................23 Figura 3.2: Conceito 0. ...................................................................................................................................................................24 Figura 3.3: Conceito 0 com o veículo em posição elevada. ...........................................................................................................24 Figura 3.4: Vista lateral do conceito 0 com o veículo inclinado a 90º. ...........................................................................................25

vii

Figura 3.5: Conceito 1. ...................................................................................................................................................................26 Figura 3.6: Conceito 1 com veículo elevado. .................................................................................................................................26 Figura 3.7: Conceito 1 com o veículo inclinado a 90º. ...................................................................................................................27 Figura 3.8: Conceito 2. ...................................................................................................................................................................28 Figura 3.9: Conceito 2 com o veículo elevado. ..............................................................................................................................28 Figura 3.10: Conceito 2 com o veículo inclinado a 90º. .................................................................................................................29 Figura 3.11: Conceito 3. .................................................................................................................................................................30 Figura 3.12: Conceito 3 com o veículo elevado. ............................................................................................................................30 Figura 3.13: Vista frontal do conceito 3 com o veículo a 90º. ........................................................................................................31 Figura 3.14: Conceito 4. .................................................................................................................................................................32 Figura 3.15: Conceito 4 com o veículo elevado. ............................................................................................................................32 Figura 3.16: Conceito 4 com o veículo inclinado de 90º. ...............................................................................................................33 Figura 3.17: Conceito 5. .................................................................................................................................................................34 Figura 3.18: Conceito 5 com o veículo elevado. ............................................................................................................................34 Figura 3.19: Conceito 5 com o veículo inclinado de 90º. ...............................................................................................................35 Figura 3.20: Conceito 6. .................................................................................................................................................................36 Figura 3.21: Conceito 6 com o veículo elevado. ............................................................................................................................36 Figura 3.22: Explicação do movimento de inclinação do veículo do conceito 6. ...........................................................................37 Figura 3.23: Conceito 6 com veículo inclinado de 90º. ..................................................................................................................37 Figura 3.24: Conceito 7. .................................................................................................................................................................38 Figura 3.25: Conceito 7 com veículo elevado. ...............................................................................................................................38 Figura 3.26: Explicação do movimento de inclinação do veículo do conceito 7. ...........................................................................39 Figura 3.27: Conceito 7 com veículo inclinado de 90º. ..................................................................................................................39 Figura 3.28: Conceito 8. .................................................................................................................................................................40 Figura 3.29: Conceito 8 com veículo elevado. ...............................................................................................................................40 Figura 3.30: Conceito 8 com veículo inclinado de 90º. ..................................................................................................................41 Figura 3.31: Conceito 1, conceito a desenvolver. ..........................................................................................................................49 Figura 3.32: Plataforma da empresa LSD. .....................................................................................................................................49 Figura 4.1: Peças a analisar do conceito escolhido (conceito 1). ..................................................................................................51 Figura 4.2: Distribuição da carga do veículo no suporte de acordo com a norma EN 1493:1998 [1]. ...........................................52 Figura 4.3: Decomposição das forças gravíticas. ..........................................................................................................................53 Figura 4.4: Perfil tubular quadrangular. ..........................................................................................................................................55 Figura 4.5: Perfil tubular rectangular. .............................................................................................................................................55 Figura 4.6: Viga em H.....................................................................................................................................................................55 Figura 4.7: Elementos normalizados utilizados na construção das várias peças da .....................................................................55 Figura 4.8: Determinação da força da tranca FT. ............................................................................................................................56 Figura 4.9: Condições de fronteira na tranca. ................................................................................................................................57 Figura 4.10: Tensão de Von Mises na tranca. ...............................................................................................................................58 Figura 4.11: Deformada da tranca. ................................................................................................................................................58 Figura 4.12: Condições de fronteira do suporte do lado direito (dimensões em mm). ...................................................................58 Figura 4.13: Tensão de Von Mises com o carregamento para verificação da EN 1493:1998 [1] para o suporte do lado direito. .59 Figura 4.14: Deformação com o carregamento para verificação da EN 1493:1998 [1] para o suporte do lado direito. ................59 Figura 4.15: Tensão de Von Mises com o carregamento para verificação do REA [2] para o suporte do lado direito. .................59 Figura 4.16: Deformação com o carregamento para verificação do REA [2] para o suporte do lado direito. ................................59 Figura 4.17: Tensão de Von Mises com o carregamento para verificação da EN 1493:1998 [1] para o suporte do lado esquerdo.

...............................................................................................................................................................................................60 Figura 4.18: Deformação com o carregamento para verificação da EN 1493:1998 [1] para o suporte do lado esquerdo. ...........60 Figura 4.19: Tensão de Von Mises com o carregamento para verificação do REA [2] para o suporte do lado esquerdo. ...........61 Figura 4.20: Deformação com o carregamento para verificação do REA [2] para o suporte do lado esquerdo. ...........................61

viii

Figura 4.21:Condições de fronteira da coluna. ..............................................................................................................................62 Figura 4.22: Tensão de Von Mises com o carregamento para verificação da EN 1493:1998 [1] para a coluna. ..........................62 Figura 4.23: Deformação com o carregamento para verificação da EN 1493:1998 [1] para a coluna. .........................................62 Figura 4.24: Tensão de Von Mises com o carregamento para verificação do REA [2] para a coluna. ..........................................63 Figura 4.25: Deformação com o carregamento para verificação do REA [2] para a coluna. .........................................................63 Figura 4.26: Condições de fronteira da base. ................................................................................................................................64 Figura 4.27: Tensão de Von Mises com o carregamento para verificação da EN 1493:1998 [1] para a base. .............................64 Figura 4.28: Deformação com o carregamento para verificação da EN 1493:1998 [1] para a base. ............................................64 Figura 4.29: Tensão de Von Mises com o carregamento para verificação do REA [2] para a base. .............................................65 Figura 4.30: Deformação com o carregamento para verificação do REA [2] para a base. ............................................................65 Figura 4.31: Esquema para a verificação de estabilidade longitudinal. .........................................................................................66 Figura 4.32: Esquema para a verificação de estabilidade lateral. ..................................................................................................66 Figura 7.1: Definição das dimensões ltx e lty. ..................................................................................................................................73 Figura 7.2: Condições de fronteira do suporte do lado direito (dimensões em mm). .....................................................................73 Figura 7.3: Dimensões importantes, L2 e ls/2. ................................................................................................................................74 Figura 7.4: Dimensões e ângulos importantes, lcil, lSTv, lSTh, lg, L, LN, hc, lrot e θ. .............................................................................74 Figura 7.5:Condições de fronteira da coluna. ................................................................................................................................75 Figura 7.6: Determinação do carregamento na base. ....................................................................................................................76 Figura 7.7: Condições de fronteira da base. ..................................................................................................................................77

Lista de Abreviaturas

VFV - Veículo em Fim de Vida

ELV - “End of Life Vehicle”

REA - Regulamento de Estruturas de Aço

EN – “European Norm”

EU - União Europeia

JO - Jornal Oficial das Comunidades Europeias

SUV - “Sports Utility Vehicle”

SSF - “Static Stability Factor”

NHTSA – “National Highway Traffic Safety Administration”

1

Capítulo 1

1. Introdução

Neste capítulo descreve-se o âmbito do problema a resolver, indicam-se os objectivos, as

especificações do projecto e o conteúdo deste documento.

1.1. Motivação

A evolução da legislação ambiental Europeia na área da gestão de resíduos tem colocado aos

operadores dos diversos sistemas de reciclagem alguns desafios que têm predominantemente uma

componente tecnológica. Assim, estes operadores têm vindo a ser confrontados com a

obrigatoriedade de separarem e encaminharem para reciclagem novas fileiras de produtos e de

materiais. Estas operações, que em muitos casos têm sido realizadas com recurso a mão-de-obra

intensiva, têm aberto o campo e suscitado o desenvolvimento de soluções tecnológicas inovadoras.

A Directiva 2000/53/CE [4], publicada a 18 de Setembro de 2000, obriga à despoluição de veículos

em fim de vida (VFV) nos países da Comunidade Europeia. Com o objectivo de aproveitar o

surgimento deste novo mercado, foi criada a Ambop - Soluções Ambientais, uma empresa jovem que

opera apenas em Portugal mas tem planos de expansão a curto prazo.

A Ambop fabrica e comercializa apenas uma Plataforma de Despoluição de VFV, com os

equipamentos e acessórios necessários a esta. Um dos equipamentos da concorrência é uma

Plataforma Elevatória e Basculante de Veículos Ligeiros, da empresa LSD (ver Fig. 1.1). Esta

plataforma permite inclinar o veículo a 90º e dessa forma uma mais fácil remoção do catalisador do

veículo por recurso a uma tesoura de corte, uma vez que o peso desta ferramenta torna a remoção

do catalisador ao alto uma tarefa com alguma dificuldade (ver Fig. 1.2). Com o veículo inclinado a 90º

a remoção de peças para reutilização também é mais fácil. Com o veículo elevado também se podem

remover peças ou efectuar operações de despoluição indicadas pela Directiva 2000/53/CE [4] com o

auxílio de ferramentas para o efeito.

É neste contexto que a empresa Ambop propôs estudar o desenvolvimento de uma plataforma

semelhante, de capacidades melhoradas e com a implementação de algumas ideias da própria

Ambop, como por exemplo, a eliminação da necessidade da instalação da plataforma por ligação

aparafusada ao solo e movimento da tranca independente do movimento de elevação do veículo.

2

Figura 1.2: Remoção de um catalisador ao

alto com recurso a uma tesoura de corte.

Figura 1.3: Plataforma fabricada pela empresa LSD.

1.2. Caracterização da plataforma da empresa LSD

A plataforma da empresa LSD, com a qual a Ambop originou este projecto é a que se apresenta na

Figura 1.3.

As principais características da Plataforma fabricada pela empresa LSD são as seguintes:

• Capacidade máxima de carga: 2000 kg,

• Peso da plataforma: 800 kg,

• Altura de elevação máxima do veículo: 2000 mm,

• Ângulo de inclinação máximo do veículo: 90º,

• Altura da plataforma: 2995 mm,

• Profundidade da plataforma (inclusive estado basculado): 4235 mm,

• Largura da plataforma: 1200 mm.

Figura 1.1: Plataforma da empresa LSD

inclinada a 90º em relação à vertical.

3

Figura 1.4: Vista frontal da plataforma. Figura 1.5: Pormenor das cavilhas da

plataforma.

A plataforma permite movimentar de duas formas um veículo nela colocado. Permite elevar o veículo

com o fundo do veículo paralelo ao chão e permite incliná-lo até que o fundo do veículo se encontre

na perpendicular ao chão. Neste segundo movimento é preciso actuar uma tranca (ver nº 5 na

Fig. 1.5) que actua sobre o tecto do veículo e tem por função bloquear o veículo que está a ser

inclinado.

Quando se pretende elevar o veículo, fazem-se actuar os cilindros hidráulicos indicados na pelo nº1

na Figura 1.4. Importa referir, que para efectuar este movimento as cavilhas indicadas pelos nos 6 e 7

na Figura 1.5 têm que estar colocadas nas respectivas posições.

Legenda das Figuras 1.4 e 1.5:

1 – Cilindros hidráulicos de elevação.

2 – Braço de suporte do veículo.

3 – Dispositivo de encaixe da tranca.

4 – Ligação aparafusada da base ao solo.

5 – Tranca.

6 e 7 – Cavilhas.

Quando se pretende inclinar o veículo, a tranca tem que ser actuada de modo a fixar o veículo. Para

que tal possa acontecer, as cavilhas indicadas pelos nos 6 e 7 na Figura 1.5 têm que ser removidas

das suas posições para que os cilindros hidráulicos (ver nº 1 na Fig. 1.4) deixem de estar ligados aos

braços de suporte do veículo (ver nº 2 na Fig. 1.4) e portanto deixem de actuar o movimento de

elevação, para actuarem o movimento da tranca (ver nº 5 na Fig. 1.5).

4

Figura 1.6: Pormenor dos cilindros hidráulicos de inclinação da plataforma.

Para que a que altura total da plataforma seja a menor possível, é necessário que a distância entre os

braços de suporte do veículo (ver nº 2 na Fig. 1.4) e a tranca (ver nº 5 na Fig. 1.5) seja a mais

pequena possível. Este facto implica que sempre que se queira elevar o veículo, se a altura deste

exceder a distância entre os braços de suporte do veículo e a tranca, esta tem de ser removida do

dispositivo de encaixe da tranca (ver nº 3 na Fig. 1.4). Para dar início ao movimento de inclinação

propriamente dito, são actuados os cilindros hidráulicos indicados pelo nº 8 na Figura 1.6.

Legenda da Figura 1.6:

8 – Cilindros hidráulicos de rotação.

A principal desvantagem do modo de funcionamento da plataforma da empresa LSD é que para

passar de um movimento de elevação para um movimento de inclinação ou vice-versa é necessário

remover o veículo da plataforma para colocar ou remover a tranca (ver nº 5 na Fig. 1.5) e para retirar

ou colocar as cavilhas (ver nos 6 e 7 na Fig. 1.5). No caso de só se pretender efectuar um dos

movimentos tem que se decidir previamente a remoção ou permanência da tranca. Só em casos em

que o veículo esteja já muito danificado e caiba entre os braços de suporte do veículo e a tranca é

que esta não precisa de ser removida para efectuar ambos os movimentos.

É também importante notar que esta plataforma necessita de ser fixada por ligação aparafusada ao

solo como se pode observar pelo nº 4 na Figura 1.4.

1.3. Objectivos

Os objectivos deste trabalho são a proposta de uma configuração alternativa e económica da

plataforma elevatória e basculante de VFV da empresa LSD e respectivo dimensionamento estrutural.

5

1.4. Especificações do projecto

1.4.1. Requisitos do projecto

De seguida apresentam-se os 14 requisitos considerados para este projecto.

1) Independência do movimento de elevação do fecho ou abertura da tranca.

Elimina a necessidade de retirar o veículo da plataforma para remoção ou colocação da tranca

(ver nº 5 na Fig. 1.5) e remoção ou colocação das cavilhas (ver nos 6 e 7 na Fig. 1.5) entre os

movimentos de elevação e inclinação do veículo, aumentando assim a eficiência das operações

com a plataforma.

2) Eliminar a necessidade de instalação da plataforma por ligação aparafusada ao solo.

Permite maior economia e flexibilidade no posicionamento da plataforma por parte do cliente

final, tendo apenas que respeitar a inclinação admissível (ver ponto 2.1.1.4, pág. 10). No entanto

há que tomar em consideração o equilíbrio da plataforma, nas diferentes situações a que estará

sujeita.

3) Fabrico em empresa metalomecânica.

A Ambop trabalha em parceria com uma empresa metalomecânica e é portanto do interesse da

Ambop que o fabrico da plataforma seja efectuado nesta empresa, com todas as limitações

inerentes a este facto. Como tal é importante que a plataforma projectada seja o mais simples

possível, evitando, por exemplo, peças fundidas.

4) Movimentos actuados por um sistema hidráulico.

Para a simplicidade desta plataforma é indicado um sistema de actuação totalmente hidráulico.

5) Capacidade para funcionamento ao ar livre.

Pretende-se que esta seja projectada de modo a que possa funcionar ao ar livre com

velocidades de vento máximas definidas pela norma EN 1493:1998 [1] (ver ponto 2.1.1.4,

pág. 11). Existem outros factores envolvidos neste requisito, como por exemplo a corrosão, mas

que não vão ser abordados por este projecto.

6) Aumento da capacidade de carga para P = 2500 kg.

Verificou-se que a grande maioria dos veículos de passageiros com oito ou menos lugares

(excluindo lugar do condutor) e de carga com peso bruto igual ou inferior a 3500 kg, têm um

peso inferior a 2500 kg (ver ponto 2.3, pág. 14). Existe no entanto um número razoável destes

veículos que pesam mais que a capacidade de carga de 2000 kg da plataforma da empresa

6 Figura 1.7: Plataforma da empresa LSD inclinada próxima dos 90º, fonte: [6].

LSD. Como tal para este projecto pretende-se um aumento da capacidade de carga para

2500 kg.

7) Aumento da altura de elevação máxima para 2,1 m.

Deste modo operadores de estatura mais elevada podem trabalhar sob o veículo de forma mais

confortável e não precisam de se baixar quando passam por baixo dos braços de suporte do

veículo (ver nº 2 na Fig. 1.4).

8) Manter a capacidade de inclinação do veículo de 90º.

9) Inclinação admissível do solo de α = 5º.

A plataforma pode ser instalada em superfícies com uma inclinação máxima de 5º.

10) Comprimento da tranca LT = 1 m.

Decidiu-se tomar como indicação o comprimento da tranca da plataforma da empresa LSD

(ver Fig. 1.3).

11) Distância mínima do veículo ao solo Hi = 300 mm

Esta distância permite uma correcta acomodação de um veículo na plataforma quando colocado

na plataforma com rodas. Decidiu-se tomar como indicação a distância usada na plataforma que

originou este projecto (ver Fig. 1.3).

12) Aumento do comprimento dos braços de suporte do veículo para 2050 mm [5].

O comprimento dos braços de suporte do veículo depende da largura dos veículos a que se

destina a plataforma (ver nº 2 na Fig. 1.4,). Importa referir que na plataforma que originou este

projecto o comprimento dos braços de suporte do veículo é inferior à largura da maioria dos

veículos a que se destina como se pode observar na Figura 1.7. Para uma maior estabilidade do

veículo quando elevado, pretende-se que os braços de suporte do veículo sejam mais compridos

que a maior largura encontrada em veículos aos quais se destina a plataforma a projectar, que

foi de 2050 mm [5].

7

Figura 1.10: Distância mínima entre os

braços de suporte de uma plataforma

de despoluição de VFV.

13) Altura máxima do chassis do veículo de 2300 mm.

É a distância que vai desde o fundo até ao tecto do veículo. Desta medida depende a distância

máxima necessária entre a tranca e os braços de suporte do veículo (ver nos 1 e 4 na Fig. 3.2). A

maior altura encontrada em veículos aos quais se destina a plataforma a projectar foi de

aproximadamente 2300 mm.

14) Distância mínima entre os braços de suporte do veículo de 1100 mm.

Esta especificação é importante, pois condiciona a empilhadora que se pode usar para colocar

os veículos na plataforma. A distância mínima a entre os braços de suporte do veículo da

plataforma (ver Fig. 1.8) deve ser superior à distância máxima b entre os garfos de uma

empilhadora (ver Fig. 1.9), tendo em atenção que se deve dar alguma margem de manobra para

facilitar a operação de carregamento do veículo na plataforma. Decidiu-se tomar como indicação

a distância usada na plataforma que originou este projecto (ver Fig. 1.3) e na distância usada em

plataformas de despoluição de VFV, indicada pela letra c na Figura 1.10. Como tal decidiu-se

que o valor mínimo para esta distância seria de 1100 mm.

Figura 1.8: Distância mínima entre braços de

suporte do veículo da plataforma da empresa LSD.

Figura 1.9: Distância máxima entre garfos de

uma empilhadora, fonte: [7].

8

1.4.2. Constrangimentos do projecto

Os principais constrangimentos deste projecto são a norma EN 1493:1998 [1] relativa a Elevadores

de Veículos e o REA [2].

O cumprimento da norma é importante no âmbito da legislação europeia como é explicado no

capítulo seguinte.

1.5. Descrição do conteúdo deste projecto

Passa-se a apresentar uma breve descrição do conteúdo deste projecto.

Capítulo 2 contém os resultados das pesquisas de mercado e de patentes efectuadas e uma breve

descrição de toda a regulamentação considerada neste projecto.

Capítulo 3 apresenta os conceitos gerados, o método de selecção do conceito adoptado para este

projecto e os resultados da selecção de conceitos.

Capítulo 4 apresenta os cálculos efectuados para o dimensionamento da estrutura da plataforma e os

elementos escolhidos com base nesses cálculos.

Capítulo 5 apresenta as conclusões e indica direcções para futuros desenvolvimentos.

9

Capítulo 2

2. Regulamentação, Mercado e Patentes

Neste capítulo faz-se uma breve síntese da regulamentação, do resultado de pesquisa de registos de

patentes e resultado da pesquisa de produtos no mercado com função similar.

2.1. Directiva Máquinas

Uma vez que Portugal pertence à Comunidade Europeia e como tal deve cumprir as suas Directivas.

Uma das Directivas que é relevante no âmbito deste projecto é a Directiva Máquinas 2006/42/CE [8]

de 17 de Maio de 2006. Esta directiva entrou em vigor vinte dias depois de 17 de Maio de 2006 e

revoga a anterior Directiva Máquina 98/37/CE [9] sendo que os estados Membros, como Portugal,

devem legislar de acordo até 29 de Junho 2008 e aplicá-la até 29 de Dezembro de 2009. A Directiva

Máquinas regula a segurança de máquinas, estabelecendo o conjunto de regras reguladoras de

mercado que têm como destinatários os respectivos fabricantes e comerciantes, privilegiando a

prevenção na fase da concepção de tais equipamentos. Tais regras estabelecem as exigências que

devem ser respeitadas nas legislações e práticas administrativas (por exemplo, Normas Técnicas)

dos Estados membros e funcionam como garantia da liberdade de circulação de mercadorias no

mercado interno europeu.

Se a máquina pertencer a uma das categorias nomeadas no anexo IV da Directiva, um dos

procedimentos referidos nos nos 3 e 4 do artigo 12º da mesma, tem de ser cumprido. A categoria

referida no ponto 16 deste anexo é: “Plataformas Elevatórias para Veículos”, na qual se enquadra

este projecto. O nº 3 do artigo 12º diz respeito a máquinas referidas no anexo IV cujo fabrico esteja

de acordo com uma norma harmonizada pela Directiva. Um dos procedimentos indicados no nº 3 é

um procedimento de avaliação da conformidade com controlo interno do fabrico da máquina, previsto no

anexo VIII. Este é então um dos caminhos possíveis e mais simples para se obter uma declaração CE de

conformidade, que vai permitir a comercialização da máquina na Comunidade Europeia, sendo então

imperativo o cumprimento de uma norma harmonizada pela Directiva.

O Despacho nº 8633/2005 publicado em Diário da República a 20 de Abril de 2005 apresenta uma

lista de normas harmonizadas com a Directiva Máquinas 98/37/CE [9]. Relativamente à Directiva

2006/42/CE [8] não existe, à data, nenhuma lista de normas harmonizadas, pelo que se optou por

utilizar a lista referente à Directiva 98/37/CE [9]. Nesta lista a norma que se considerou como a que

melhor se adequa a este projecto é a EN 1493:1998 [1] para Elevadores de Veículos.

10

2.1.1. Norma EN 1493:1998

2.1.1.1. Domínio de aplicação Esta norma aplica-se a elevadores de veículos, fixos, móveis ou amovíveis, não destinados a elevar

pessoas, mas que são concebidos para elevar um veículo na sua totalidade com o intento de permitir

trabalhos de verificação, manutenção e reparação sob ou sobre o veículo.

2.1.1.2. Definições necessárias

• Em serviço – quando um veículo está a ser elevado, descido ou inclinado e quando se estão

a efectuar trabalhos no veículo ou no elevador de veículos (manutenção deste).

• Fora de serviço – quando o dispositivo de suporte do veículo se encontra na posição o mais

próximo do chão ou solo possível e não se encontra ninguém a efectuar trabalhos no veículo

ou no elevador de veículos.

• Carga Nominal, P – carga máxima do veículo com que a plataforma pode operar.

2.1.1.3. Dispositivos necessários Dispositivo de bloqueio, que em caso de falha do elemento de elevação, impeça a queda ou descida

do dispositivo de suporte do veículo.

Dispositivo mecânico contra o retomar da subida, que em caso de falha do elemento de elevação

impeça o retomar da subida a partir da posição inicial.

Ambos os dispositivos têm que resistir sem deformação permanente às suas actuações.

2.1.1.4. Dimensionamento estrutural A norma divide as cargas em três categorias: cargas normais, cargas ocasionais e cargas

excepcionais.

Cargas normais:

• Cargas estruturais – cargas devido à massa dos componentes do elevador de veículos.

• Cargas estruturais estáticas – cargas devido a componentes do elevador de veículos que não

estão em movimento.

• Cargas estruturais dinâmicas – cargas devido a componentes móveis do elevador de

veículos. Obtêm-se multiplicando carga estrutural estática pelo coeficiente dinâmico Ø,

indicado na norma.

• Carga nominal estática – carga devido ao veículo quando este está imobilizado.

• Carga nominal dinâmica – carga devido ao veículo proveniente da movimentação deste em

serviço. Obtêm-se multiplicando a carga do veículo estática por um coeficiente dinâmico Ø.

• Forças manuais – deverão ser no máximo de 1000 N aplicados horizontalmente no ponto de

suporte do veículo apenas quando este está elevado.

• Efeitos da inclinação admissível.

11

Coeficiente dinâmico Ø deverá ser no máximo de 1,151 (ver ponto 5.6.2.1 da norma).

Cargas ocasionais:

Carga provocada pelo vento em serviço. Esta carga deve ser considerada na direcção perpendicular

da base do veículo no cálculo das tensões. A norma prevê uma força do vento em serviço de 0,75 kN

para uma carga nominal igual ou inferior a 2500 kg com uma distribuição por eixo (do veículo) de

60/40 (ver ponto 5.6.2.2 da norma).

Cargas excepcionais:

Carga provocada pelo vento fora de serviço. Esta carga deve ser considerada na direcção

perpendicular da base do veículo no cálculo das tensões. A norma prevê uma força do vento fora de

serviço de 3 kN para uma carga nominal igual ou inferior a 2500 kg com uma distribuição por eixo (do

veículo) de 60/40 (ver ponto 5.6.2.3 da norma).

Combinações de cargas previstas pela norma (ver ponto 5.6.3 da norma):

• A1 em serviço (subida/descida/inclinação) sem vento.

• A2 em serviço (trabalhos no veículo, manutenção do elevador) sem vento.

• B1 em serviço (subida/descida/inclinação) com vento.

• B2 em serviço (trabalhos no veículo, manutenção do elevador) com vento.

• C1 fora de serviço com vento.

• C2 accionamento do dispositivo de bloqueio.

• C3 accionamento do dispositivo mecânico contra o retomar da subida.

A combinação de carga mais desfavorável é a B, uma vez que a plataforma a projectar pode ser

utilizada no exterior estando sujeita às acções do vento.

Em B1 aplicam-se cargas estruturais dinâmicas correspondentes aos componentes em movimento e

a carga nominal a usar tem de ser afectada do referido coeficiente dinâmico Ø. Não se aplicam forças

manuais pois estas não se podem sobrepor às cargas dinâmicas. Por isso em B2 só se aplicam

cargas estáticas e aplicam-se forças manuais.

Em C1 só se aplicam cargas estáticas e não forças manuais pois o elevador de veículos encontra-se

fora de serviço. Neste caso a carga a considerar devido ao vento é superior à utilizada em B, mas

como o dispositivo de elevação se encontra na posição o mais próxima do solo possível esta

combinação de cargas é mais favorável que as combinações B1 ou B2.

Importa referir que o Anexo A da norma EN 1493:1998 [1] indica a título informativo para aços

normalizados pela norma EN 10025:1990, um coeficiente de segurança à tensão de cedência de 1,33

para combinações de cargas B1 ou B2. É mencionada a garantia de segurança se o número de ciclos

for inferior a 22000. Se este número for excedido têm que ser efectuados cálculos para

dimensionamento estrutural à fadiga.

12

Figura 2.1: Distribuição da carga do veículo no dispositivo de suporte do veículo.

Distribuição da carga (ver ponto 5.6.4.2 da norma)

Para elevadores de veículos em que o veículo a operar se encontra apoiado no dispositivo de suporte

do veículo pelo chassis, a norma estabelece uma distribuição de carga de projecto por eixo de 2/3 e

3/2 da carga nominal P, para P ≤ 3000 kg. A carga deve ser distribuída pelos quatro cantos de um

rectângulo de 1,2 m por 1,7 m.

A plataforma deve ser insensível à orientação com que é colocado o veículo no dispositivo de suporte

do veículo. A distribuição da carga do veículo é a que se indica na Figura 2.1.

O veículo encontra-se simplesmente apoiado nos braços de suporte do veículo, não estando fixado a

estes, não havendo por isso comunicação de momentos aos braços de suporte do veículo.

2.1.1.5. Cálculos de estabilidade Nos cálculos de estabilidade do elevador de veículos a norma prevê uma pressão máxima em serviço

de 125 N/m2 para uma velocidade máxima do vento de 14 m/s e uma pressão máxima fora de serviço

de 500 N/m2 para uma velocidade máxima do vento de 28 m/s.

Para os cálculos de estabilidade pode ser considerado um efeito estabilizante do peso do veículo de

1 kN por cada m2 de superfície do veículo exposto ao vento. Para veículos com peso inferior ou igual

a 2500 kg a norma prevê a consideração de uma força máxima estabilizante de 6 kN.

Para estes cálculos o momento estabilizante MS tem que ser superior ao momento de derrube MT

multiplicado por um factor de segurança. A norma especifica 1,3 * MT ≤ MS (ver ponto 5.6.6 da norma).

Devem ser consideradas todas as combinações de cargas indicadas anteriormente com as forças nas

direcções mais desfavoráveis (ver ponto 5.6.6 da norma).

2.1.1.6. Dimensionamento do sistema hidráulico A velocidade máxima do movimento de subida ou descida do veículo é de 0,15 m/s (ver ponto 5.5.1

da norma). A velocidade máxima de inclinação do veículo no ponto mais distante do eixo de rotação é

de 0,1 m/s (ver ponto 5.5.2 da norma).

13

Os cilindros hidráulicos, suas canalizações rígidas e as suas ligações que estão submetidas à

pressão máxima fornecida pela válvula limitadora de pressão, devem ser concebidos para resistirem

sem deformação permanente, pelo menos a duas vezes essa pressão.

Os tubos flexíveis devem ser dimensionados para resistirem, sem rebentamento, a uma pressão igual

a pelo menos três vezes a pressão máxima admitida pela válvula limitadora de pressão.

2.2. Regulamento de Estruturas de Aço (REA)

A norma EN 1493:1998 [1] não indica valores para a deformada máxima permitida e por isso tomou-

se em consideração o código REA [2].

Admitiu-se que a deformada máxima que a estrutura pode apresentar é de L/200 sendo que L é o vão

da estrutura. Esta é a deformada máxima que o REA prevê para coberturas.

2.3. Directiva Veículos em Fim de Vida

Outra directiva relevante para este projecto, é a Directiva 2000/53/CE [4] publicada a 18 de Setembro

de 2000, relativa a veículos em fim de vida. Esta directiva obriga à despoluição de VFV e como tal

permitiu a criação de mercado e levou ao desenvolvimento deste projecto.

Esta directiva obriga os Estados Membros, como Portugal, a possibilitarem aos proprietários de um

VFV a entrega gratuita do mesmo a uma instituição que garanta que este será despoluído de forma

ambientalmente correcta, e que os respectivos registo e matrícula serão cancelados. È referido que a

reutilização e valorização dos resíduos provenientes do VFV constituem um princípio fundamental.

Quanto ao tratamento dos VFV, a Directiva estabelece requisitos técnicos mínimos no que respeita às

instalações de tratamento, às operações de despoluição e às operações de tratamento com vista à

reciclagem. Do Anexo I do documento têm-se os seguintes requisitos, para:

Instalações de tratamento:

• Superfícies impermeáveis equipadas com sistemas de recolha de derramamentos,

decantadores e purificantes.

• Armazéns adequados para os componentes desmontados e impermeáveis para os

contaminados com óleo.

• Recipientes adequados para o armazenamento de baterias, filtros e condensadores.

• Reservatórios separados para armazenamento dos fluidos a extrair do VFV.

• Locais adequados para o armazenamento de pneus usados com prevenção de incêndios e

contra o empilhamento excessivo.

14

Operações de tratamento para despoluição dos VFV:

• Remoção de baterias e depósitos de gás liquefeito.

• Remoção ou neutralização de componentes potencialmente explosivos.

• Remoção, recolha e armazenagem separadas de:

-Combustível

-Óleo de motor

-Óleo de transmissão

-Óleo de caixa de velocidades

-Óleo dos sistemas hidráulicos

-Líquidos de arrefecimento

-Anticongelante

-Fluido de travões

-Fluido de ar condicionado

-Qualquer outro fluido contido no VFV a menos que necessário para a reutilização

de componentes

-Remoção, tanto quanto possível, de componentes identificados como contendo

mercúrio

Operações de tratamento a fim de promover a reciclagem:

• Remoção de catalisadores.

• Remoção de componentes metálicos que contenham cobre, alumínio e magnésio se não

forem separados no retalhamento.

• Remoção de pneus e grandes componentes de plástico se não forem separados no

retalhamento.

• Remoção dos vidros.

A Directiva abrange as categorias M1 (veículos a motor de passageiros até nove lugares) ou N1

(veículos a motor de mercadorias com peso máximo em carga de 3500 kg) e veículos a motor de três

rodas. Estas categorias são definidas pela Directiva 2001/116/CE [10] sendo a estes veículos que se

destina a plataforma a projectar. Na prática verificou-se que a grande maioria dos veículos de

passageiros com oito ou menos lugares e de carga com peso bruto inferior ou igual a 3500 kg têm um

peso inferior ou igual a 2500 kg.

15

Figura 2.2: Elevador de veículos de dois postes da empresa Rotary Lifts, fonte: [11].

2.4. Pesquisa de mercado

Na pesquisa realizada não se encontraram elevadores de veículos que possibilitassem a sua

inclinação, pois os elevadores de veículos no mercado são destinados a oficinas de reparação

automóvel. A única plataforma que se tem para comparação é a fabricada pela empresa LSD e que

inspirou este projecto.

É apresentado de seguida um breve resumo da pesquisa de mercado efectuada. Nesta mostra-se

pelo menos um exemplo de cada tipo de elevador de veículos considerado relevante.

2.4.1. Elevador de veículos de dois postes

Na Figura 2.2 é apresentado um elevador de veículos de dois postes da empresa Rotary Lifts, modelo

SPOA40M. Este elevador tem uma capacidade de carga de 4000 kg e uma capacidade de elevação

de 2005 mm.

2.4.2. Elevador de veículos de quatro postes

Na Figura 2.3 é apresentado um elevador de veículos de quatro postes da empresa MAHA

Maschinenbau, modelo Carlift 4.1. Este elevador tem uma capacidade de carga de 4000 kg e uma

capacidade de elevação de 1900 mm.

16

Figura 2.3: Elevador de veículos de quatro postes da empresa Maha, fonte: [12].

Figura 2.4: Elevador de veículos em tesoura da empresa Rotary Lifts, fonte: [11].

2.4.3. Elevador de veículos em tesoura

Na Figura 2.4 é apresentado um elevador de veículos em tesoura da empresa Rotary Lifts, modelo

GLP35. Este elevador tem uma capacidade de carga de 3500 kg e uma capacidade de elevação de

1920 mm.

2.4.4. Elevador de veículos inserido no solo

Na Figura 2.5 é apresentado um elevador de veículos cujos cilindros hidráulicos de elevação estão

inseridos no solo. Este elevador é fabricado pela empresa Rotary Lifts, modelo SL235. Este elevador

tem uma capacidade de carga de 3500 kg e uma capacidade de elevação de 1920 mm.

17

Figura 2.5: Elevador de veículos inserido no solo da empresa Rotary Lifts, fonte: [11].

Figura 2.6: Esquema de um elevador de veículos de dois postes patenteado, fonte: [13].

2.5. Pesquisa de registos de patentes

Nas bases de dados consultadas não se encontraram registos de patentes de elevadores de veículos

que também permitissem a sua inclinação. As patentes encontradas dizem respeito, na sua maioria, a

elevadores de veículos para oficinas que só possuem movimento de elevação.

2.5.1. Elevadores de veículos de dois postes

Na Figura 2.6 é apresentado o esquema de um elevador de dois postes. Neste elevador existe

apenas um cilindro hidráulico (ver nº 12 na Fig. 2.6) que através de um cabo comunica o movimento a

ambos os lados do elevador. É de notar que o cabo ao passar por cima do cilindro hidráulico, duplica

o curso deste actuador. Neste caso o cabo passa por baixo do veículo a elevar.

Número da patente: JP2002226187 [13]

Data de publicação: 21/08/2002

Inventor: Isogai Shunji

Requerente: Sugiyasu Kogyo KK

18

Figura 2.7: Patente de um elevador de veículos de quatro postes, fonte: [14].

Figura 2.8: Sistema de roldanas e cabos actuados por um cilindro hidráulico de uma patente de

um elevador de veículos de quatro postes, fonte: [14].

2.5.2. Elevador de veículos de quatro postes

Na Figura 2.7 é apresentado o esquema de um elevador de quatro postes. Este elevador possui

quatro postes que suportam as placas (ver nº 22 na Fig. 2.7) onde é colocado o veículo a elevar.

Debaixo de uma das placas encontra-se um cilindro hidráulico (ver nº 68 na Fig. 2.8) que através de

um sistema de cabos e roldanas é responsável pelo movimento de elevação.

Número da patente: US7143869 [14]


Inventor: Chance Mitch (US)

Requerente: Igs, Inc. (US)

19

Figura 2.9: Patente de um elevador de veículos em tesoura, fonte: [15].

2.5.3. Elevador de veículos em tesoura

Na Figura 2.7 é apresentado o esquema de um elevador em tesoura. Este elevador funciona através

de braços (ver nos 11a e 11b na Fig. 2.9) ligados entre si por pontos de rotação (ver nº 12 na Fig. 2.9),

à semelhança de uma tesoura. Dois destes braços estão ligados a um cilindro hidráulico (ver nº 3 na

Fig. 2.9) que é responsável pelo movimento de elevação do veículo. Estes elevadores funcionam aos

pares e portanto são necessárias duas máquinas como a apresentada na Figura 2.9 para elevar um

veículo. Cada máquina é colocada entre cada par de rodas dianteira e traseira à semelhança do que

se pode observar na Figura 2.4.



Inventor: Hans Nussbaum

Requerente: Otto Nussbaum GmbH & Co. KG

2.5.4. Elevador de veículos inserido no solo

Na Figura 2.10 é apresentado o esquema de um elevador cujo mecanismo de accionamento se

encontra inserido no solo. Este elevador funciona através de um cilindro hidráulico inserido no solo.

Esta patente diz respeito ao método de adaptação de um elevador de veículos inserido no solo com

sistema hidráulico de baixa pressão a um sistema hidráulico de alta pressão. O objectivo é diminuir o

volume de fluido hidráulico necessário de modo a minimizar possíveis problemas ambientais, uma

vez que um sistema hidráulico está sempre sujeito a fugas.



Inventor: Robert H. Fletcher

Requerente: Advantage Lift Systems, Inc.

20

Figura 2.10: Elevador de veículos inserido no

solo com sistema hidráulico inicial de baixa

pressão, fonte: [16].

Figura 2.11: Patente de um elevador de veículos

inserido no solo com sistema hidráulico adaptado

de alta pressão, fonte: [16].

2.5.5. Elevador de veículos móvel

Na Figura 2.12 é apresentado o esquema de um elevador móvel. Este elevador é um dos que mais

se aproxima do pretendido neste projecto, pois não está fixo ao solo, o movimento de elevação é

efectuado através de um mecanismo inserido numa única coluna de suporte e o veículo é suportado

pelo chassis.



Inventor: Shunji Isogai, Hekinan, Japan

Requerente: Sugiyasu Industries Co., Ltd, Takahama, Japan

Figura 2.12: Patente de um elevador de veículos móvel, fonte: [17].

21

Figura 2.13: Patente de uma plataforma de inclinação parcial de veículos, fonte: [18].

2.5.6. Plataformas de inclinação de veículos

Na Figura 2.13 é apresentado o esquema de uma plataforma que permite elevar a dianteira ou a

traseira de um veículo que nela é colocado, através da insuflação dos sacos de ar indicados pelo

nº 30 na Figura 2.13.



Inventores: Tony P. Cadrain, Donald Sands

Na Figura 2.14 é apresentado o esquema de uma plataforma que permite inclinar um veículo a 90º

em torno do seu eixo longitudinal. Esta plataforma permite inclinar totalmente o veículo que nela é

colocado através da rotação de 90º dos suportes do veículo (ver nº 24 na Fig. 2.14). Esta plataforma

não permite a elevação do veículo de modo a que um operador possa trabalhar por baixo deste em

pé, mas poderia ser modificada para que o pudesse fazer e deste modo é a patente mais interessante

de todas as encontradas no âmbito deste projecto.

O veículo é elevado ligeiramente através de cilindros hidráulicos (ver nº 54 na Fig. 2.15) até que a

peça identificada pelo nº 90 na Figura 2.14, que está ligada aos suportes do veículo, atinja a calha

identificada pelo nº 98 na Figura 2.15, que através da continuação do movimento de elevação vai

provocar a rotação dos suportes do veículo em torno do eixo identificado pelo nº 26 na Figura 2.15. O

veículo é fixado aos suportes (ver nº 24 na Fig. 2.14) pelo chassis (ver nº 10 na Fig. 2.14) através de

correntes.



Inventores: Donald L. Kennedy, John P. Kennedy, Peggy Kennedy

22

Figura 2.14: Patente de uma plataforma de inclinação de veículos a 90º, fonte: [19].

Figura 2.15: Sistema de inclinação da patente de uma plataforma de

inclinação de veículos a 90º, fonte: [19].

23

Figura 3.1: Diagrama de decomposição de problemas.

Capítulo 3

3. Geração e selecção de conceitos

Identificados o problema e as especificações bem como o enquadramento normativo e no mercado

actual, passa-se à fase de apresentação dos conceitos gerados para este projecto.

Entende-se como conceito uma ideia concreta das linhas ou formas gerais de um equipamento,

destinado a efectuar tarefas bem identificadas que neste caso em particular não podem ser

efectuados pelo homem.

De seguida apresentam-se os nove conceitos gerados e a selecção do que melhor satisfaz as

especificações.

3.1. Decomposição de Problemas

No diagrama da Figura 3.1 podemos observar uma esquematização dos principais problemas que

terão que ser abordados pelos novos conceitos.

3.2. Geração de conceitos

Nos conceitos gerados têm-se três movimentos: o de elevação, o de rotação e o da tranca que deve

ser actuada antes do movimento de rotação de modo a bloquear o veículo. Note-se que não há

necessidade de actuar a tranca para o movimento de elevação.

Todos os conceitos foram concebidos para que os três movimentos sejam independentes.

24

Figura 3.3: Conceito 0 com o veículo em posição elevada.

O veículo que se observa nas figuras tem as dimensões aproximadas de um veículo familiar de três

portas e quatro lugares com um comprimento de 4200 mm, largura de 1765 mm e altura de 1420 mm.

As bases (ver nº 6 na Fig. 3.2) de todos os conceitos gerados com excepção do conceito 8, que se

apresentará mais à frente, estão com a mesma configuração da plataforma da empresa LSD

(apresentada no ponto 1.2), mas a intenção é que venham a ser de maiores dimensões para eliminar

a necessidade de ligação aparafusada ao solo.

3.2.1. Conceito 0

O primeiro conceito apresentado, que se designou de conceito 0, é uma modificação da plataforma

que inspirou este projecto e que se distingue por ter o movimento da tranca independente do

movimento de elevação do veículo.

Podemos observar na Figura 3.2, os braços de suporte do veículo a cinzento (ver nº 1 na Fig. 3.2), o

dispositivo de suporte do veículo a vermelho (ver nº 2 na Fig. 3.2), o dispositivo de encaixe da tranca

a cor-de-rosa (ver nº 3 na Fig. 3.2), a tranca a cor-de-laranja (ver nº 4 na Fig. 3.2), as vigas de

suporte a amarelo (ver nº 5 na Fig. 3.2) e a base a azul-escuro (ver nº 6 na Fig. 3.2).


1 – Braço de suporte do veículo. 6 – Base.

2 – Dispositivo de suporte do veículo. 7 – Cilindro hidráulico de accionamento da tranca.

3 – Dispositivo de encaixe da tranca. 8 – Cilindros hidráulicos de rotação.

4 – Tranca. 9 – Cilindros hidráulicos de elevação.

5 – Vigas de suporte.

Figura 3.2: Conceito 0.

25

Figura 3.4: Vista lateral do conceito 0 com o veículo inclinado a 90º.

O movimento de elevação do veículo é efectuado por um ou mais cilindros hidráulicos (ver nº 9 na

Fig. 3.3) ligados entre o dispositivo de suporte do veículo e as vigas de suporte. O dispositivo de

suporte do veículo é guiado pelas vigas de suporte através de rolamentos montados no dispositivo de

suporte do veículo.

Antes de iniciar o movimento de inclinação do veículo (ver Fig. 3.4) é necessário impedir qualquer

movimento deste através do fecho da tranca. Este movimento é actuado por um cilindro hidráulico

(ver nº 7 na Fig. 3.2) que está ligado entre o dispositivo de suporte do veículo e o dispositivo de

encaixe da tranca. O dispositivo de encaixe da tranca é guiado pelo dispositivo de suporte do veículo

através de rolamentos montados no dispositivo de encaixe da tranca.

O movimento de inclinação do veículo (ver Fig. 3.4) é provocado pela rotação das vigas de suporte e

é actuado por dois ou quatro cilindros hidráulicos (ver nº 8 na Fig. 3.4) ligados entre a base e as vigas

de suporte.



26

Figura 3.6: Conceito 1 com veículo elevado.

3.2.2. Conceito 1

Este conceito difere do anterior essencialmente por ter apenas uma viga de suporte.

Podemos observar na Figura 3.5, o dispositivo de suporte do veículo a vermelho (ver nº 1 na Fig. 3.5),

a tranca a cor-de-laranja (ver nº 2 na Fig. 3.5), a viga de suporte a amarelo (ver nº 3 na Fig. 3.5) e a

base a azul-escuro (ver nº 4 na Fig. 3.5).


1 – Dispositivo de suporte do veículo.

2 – Tranca.

3 – Viga de suporte.

4 – Base.

5 – Cilindro hidráulico de elevação.

6 – Cilindro hidráulico de accionamento da tranca.


O movimento de elevação é actuado por um cilindro hidráulico (ver nº 5 na Fig. 3.6) ligado entre o

dispositivo de suporte do veículo e a viga de suporte. O dispositivo de suporte do veículo é guiado

pela viga de suporte através de rolamentos montados no dispositivo de suporte do veículo.

Antes do movimento de inclinação do veículo (ver Fig. 3.7) é necessário impedir qualquer movimento

deste através do fecho da tranca. Este movimento é actuado por um cilindro hidráulico (ver nº 6 na

Fig. 3.6) que está ligado entre a tranca e o dispositivo de suporte do veículo. A tranca é guiada pelo

dispositivo de suporte do veículo através de rolamentos montados na tranca.

Também neste conceito, o movimento de inclinação do veículo é provocado pela rotação da viga de

suporte e é actuado por dois ou quatro cilindros hidráulicos (ver nº 7 na Fig. 3.6) ligados entre a base

e a viga de suporte.


27

Figura 3.7: Conceito 1 com o veículo inclinado a 90º.

28

Figura 3.8: Conceito 2. Figura 3.9: Conceito 2 com o veículo elevado.

3.2.3. Conceito 2

Neste conceito as vigas de suporte não se inclinam. A inclinação do veículo é obtida inclinando

apenas o dispositivo de suporte.

Podemos observar na Figura 3.8, os braços de suporte do veículo a cinzento (ver nº 1 na Fig. 3.8), o

dispositivo de suporte do veículo a vermelho (ver nº 2 na Fig. 3.8), o dispositivo de encaixe da tranca

a cor-de-rosa (ver nº 3 na Fig. 3.8), a tranca a cor-de-laranja (ver nº 4 na Fig. 3.8), o apoio do

dispositivo de suporte do veículo a verde-claro (ver nº 5 na Fig. 3.8) e as vigas de suporte a amarelo

(ver nº 6 na Fig. 3.8).





4 – Tranca.

5 – Apoio do dispositivo de suporte do veículo.




9 – Cilindro hidráulico de rotação.

29

Figura 3.10: Conceito 2 com o veículo inclinado a 90º.

O movimento de elevação (ver Fig. 3.9) é actuado por um cilindro hidráulico (ver nº 7 na Fig. 3.8)

ligado entre o apoio do dispositivo de suporte do veículo e as vigas de suporte. O apoio do dispositivo

de suporte do veículo é guiado pelas vigas de suporte através de rolamentos montados no guia do

dispositivo de suporte do veículo.

Antes do movimento de inclinação do veículo (ver Fig. 3.10) é necessário impedir qualquer

movimento deste através do fecho da tranca. Este movimento é actuado por um cilindro hidráulico

(ver nº 8 na Fig. 3.8) que está ligado entre o dispositivo de suporte do veículo e o dispositivo de

encaixe da tranca. O dispositivo de encaixe da tranca é guiado pelo dispositivo de suporte do veículo

através de rolamentos montados no dispositivo de encaixe da tranca.

O movimento de rotação do veículo é provocado pela actuação do cilindro hidráulico (ver nº 9 na

Fig. 3.8) que se encontra ligado entre o topo do dispositivo de suporte do veículo e o apoio do


30

Figura 3.12: Conceito 3 com o veículo elevado.

3.2.4. Conceito 3

Este conceito é praticamente idêntico ao anterior, mudando apenas a localização do eixo de rotação

do movimento de inclinação, que passou do topo do dispositivo de suporte do veículo para o meio

deste de modo a reduzir a sua altura.

Neste conceito podemos observar na Figura 3.11, os braços de suporte do veículo a cinzento (ver

nº 1 na Fig. 3.11), o dispositivo de suporte do veículo a vermelho (ver nº 2 na Fig. 3.11), o dispositivo

de encaixe da tranca a cor-de-rosa (ver nº 3 na Fig. 3.14), a tranca a cor-de-laranja (ver nº 4 na

Fig. 3.11), o apoio do dispositivo de suporte do veículo a verde-claro (ver nº 5 na Fig. 3.11) e as vigas

de suporte a amarelo (ver nº 6 na Fig. 3.11).





4 – Tranca.





9 – Cilindro hidráulico de rotação.



de suporte do veículo é guiado pelas vigas de suporte através de rolamentos montados no apoio do



31

Figura 3.13: Vista frontal do conceito 3 com o veículo a 90º.

Antes do movimento de inclinação do veículo é necessário impedir qualquer movimento deste através

do fecho da tranca. Este movimento é actuado por um cilindro hidráulico (ver nº 8 na Fig. 3.11) que

está ligado entre o dispositivo de suporte do veículo e o dispositivo de encaixe da tranca. O

dispositivo de encaixe da tranca é guiado pelo dispositivo de suporte do veículo através de

rolamentos montados no dispositivo de encaixe da tranca.

O movimento de rotação do veículo (ver Fig. 3.13) é provocado pela actuação de um cilindro

hidráulico (ver nº 9 na Fig. 3.11) que se encontra ligado entre o topo do dispositivo de suporte do

veículo e o apoio do dispositivo de suporte do veículo.

32

Figura 3.15: Conceito 4 com o veículo elevado.

3.2.5. Conceito 4

Neste conceito, a inclinação do veículo consegue-se fazendo deslizar dois arcos sobre o dispositivo

de suporte do veículo.

Podemos observar na Figura 3.14, o dispositivo de suporte do veículo a vermelho (ver nº 1 na

Fig. 3.14), o dispositivo de encaixe da tranca a cor-de-rosa (ver nº 2 na Fig. 3.14), a tranca a cor-de-

laranja (ver nº 3 na Fig. 3.14), o apoio do dispositivo de suporte do veículo a verde-claro (ver nº 4 na

Fig. 3.14) e as vigas de suporte a amarelo (ver nº 5 na Fig. 3.14).




3 – Tranca.




7 – Estrutura circular de rotação.




de suporte do veículo é guiado pelas vigas de suporte através de rolamentos montados no apoio do



33






É no movimento de inclinação (ver Fig. 3.16) que este conceito difere dos anteriores pois é efectuado

por uma estrutura circular que se pode observar a vermelho com o nº 7 na Figura 3.14 como parte

integrante do dispositivo de suporte do veículo. Esta estrutura roda guiada e apoiada pelo apoio do

dispositivo de suporte do veículo. Este movimento seria actuado por engrenagens ligadas a um motor

eléctrico, que comunicariam o seu movimento a uma superfície dentada na estrutura circular.

Figura 3.16: Conceito 4 com o veículo inclinado de 90º.

34

3.2.6. Conceito 5

Este conceito é praticamente idêntico ao anterior mudando apenas a localização do ponto de rotação

do dispositivo de suporte do veículo e fazendo deslizar apenas um arco sobre este.

Podemos observar na Figura 3.17, os braços de suporte do veículo a cinzento (ver nº 1 na Fig. 3.17),

o dispositivo de suporte do veículo a vermelho (ver nº 2 na Fig. 3.17), o dispositivo de encaixe da

tranca a cor-de-rosa (ver nº 3 na Fig. 3.17), a tranca a cor-de-laranja (ver nº 4 na Fig. 3.17), o apoio

do dispositivo de suporte do veículo a verde-claro (ver nº 5 na Fig. 3.17) e as vigas de suporte a

amarelo (ver nº 6 na Fig. 3.17).




2 – Dispositivo de suporte do veículo


4 – Tranca.




8 – Estrutura circular de rotação.



apoio do dispositivo de suporte do veículo e as vigas de suporte. O apoio do dispositivo de suporte do

veículo é guiado pelas vigas de suporte através de rolamentos montados no apoio do dispositivo de


35

Figura 3.19: Conceito 5 com o veículo inclinado de 90º.



está ligado entre o dispositivo de suporte do veículo e o dispositivo de encaixe da tranca.

O dispositivo de encaixe da tranca é guiado pelo dispositivo de suporte do veículo através de


O movimento de inclinação (ver Fig. 3.19) é efectuado por uma estrutura circular que se pode

observar a vermelho com o nº 8 na Figura 3.17, como parte integrante do dispositivo de suporte do

veículo. Esta estrutura roda guiada e apoiada pelo apoio do dispositivo de suporte do veículo. Este

movimento seria actuado por engrenagens ligadas a um motor eléctrico, que comunicariam o seu

movimento a uma superfície dentada na estrutura circular.

36

3.2.7. Conceito 6

Este conceito mantém as vigas de suporte fixas, à semelhança do conceito anterior, mas propõe um

sistema de inclinação do veículo diferente.



laranja (ver nº 3 na Fig. 3.20), o apoio do dispositivo de suporte do veículo a verde-claro (ver nº 4 na






3 – Tranca.












37



Dentro da estrutura tubular do apoio do dispositivo de suporte do veículo, vai-se ter uma corrente em

L onde o dispositivo de suporte do veículo vai estar fixado por dois pontos como se pode observar

nos pormenores da Figura 3.22. A corrente quando animada de movimento vai provocar a inclinação

do dispositivo de suporte do veículo (ver Fig. 3.23).

Figura 3.22: Explicação do movimento de inclinação do veículo

do conceito 6.

Figura 3.23: Conceito 6 com

veículo inclinado de 90º.

38

Figura 3.25: Conceito 7 com veículo elevado.

3.2.8. Conceito 7

Este conceito é muito semelhante ao anterior diferindo na forma como actua o movimento de

inclinação do veículo.



laranja (ver Fig. 3.24, nº 3), o apoio do dispositivo de suporte do veículo a verde-claro (ver nº 4 na





3 – Tranca.










39






Neste conceito o dispositivo de suporte do veículo é empurrado no topo para baixo por uma força F

gerada por um motor eléctrico acoplado ao dispositivo de suporte do veículo (ver Fig. 3.26) e que

comunica a força através de engrenagens a uma superfície dentada no guia do dispositivo de suporte

do veículo, gerando-se assim o movimento de inclinação (ver Fig. 3.27).

Figura 3.26: Explicação do movimento de inclinação do veículo

do conceito 7.

Figura 3.27: Conceito 7 com

veículo inclinado de 90º.

40

3.2.9. Conceito 8

Neste conceito a abordagem é um pouco diferente já que o veículo é suportado pelos dispositivos de

suporte do veículo pela parte de trás e da frente permitindo um melhor acesso à parte inferior do

veículo. No entanto, como se pode observar (ver Fig. 3.28 e 3.29), há uma duplicação dos sistemas

de suporte, de elevação e de inclinação do veículo.

Podemos observar na Figura 3.28, os braços de suporte do veículo a cinzento (ver nº 1 na Fig. 3.28),

os dispositivos de suporte do veículo a vermelho (ver nº 2 na Fig. 3.28), os dispositivos de encaixe

das trancas a cor-de-rosa (ver nº 3 na Fig. 3.28), as trancas a cor-de-laranja (ver nº 4 na Fig. 3.28), os

apoios dos dispositivos de suporte do veículo a verde-claro (ver nº 5 na Fig. 3.28), as vigas de

suporte a amarelo (ver nº 6 na Fig. 3.28) e a base a azul-escuro (ver nº 7 na Fig. 3.28).

Figura 3.28: Conceito 8. Figura 3.29: Conceito 8 com veículo elevado.





4 – Tranca.



7 – Base.


O movimento de elevação do veículo é efectuado por dois ou mais cilindros hidráulicos (ver nº 8 na

Fig. 3.29) ligados entre os apoios dos dispositivos de suporte do veículo e as vigas de suporte. Os

apoios dos dispositivos de suporte do veículo são guiados pelas vigas de suporte através de

rolamentos montados nos apoios dos dispositivos de suporte do veículo.

41

Figura 3.30: Conceito 8 com veículo inclinado de 90º.


do fecho das trancas. Estes movimentos são actuados por dois cilindros hidráulicos (um por cada

dispositivo de suporte do veículo) que estão ligados entre os dispositivos de suporte do veículo e os

dispositivos de encaixe das trancas, do mesmo modo que o conceito anterior. O dispositivo de

encaixe da tranca é guiado pelo dispositivo de suporte do veículo através de rolamentos montados no

dispositivo de encaixe da tranca.

O movimento de inclinação do veículo em torno do eixo longitudinal (ver Fig. 3.30) é provocado pela

rotação simultânea dos dois dispositivos de suporte do veículo através da actuação de dois cilindros

hidráulicos (um por cada dispositivo de suporte do veículo) ligados entre os dispositivos de suporte do

veículo e os apoios dos dispositivos de suporte do veículo de modo a provocar a rotação dos

dispositivos de suporte do veículos em relação aos apoios destes que servem de pivot de rotação.

42

3.3. Selecção de Conceitos

Neste ponto, importa seleccionar o conceito que melhor se adapta às condições da empresa Ambop.

Para tal utilizaram-se ferramentas de selecção (utilizadas no âmbito da disciplina de Desenvolvimento

do Produto [20]). É preciso notar que estas ferramentas dão um auxílio importante na sistematização

e fundamentação da selecção de conceitos mas não substituem a experiência dos projectistas

envolvidos, requerendo por isso uma interpretação crítica e experiente dos resultados produzidos.

3.3.1. Critérios de selecção

Para seleccionar um conceito de entre os vários gerados, definiram-se os vários critérios que

possibilitassem uma diferenciação entre as várias alternativas geradas e que foram apresentadas no

ponto 3.2. Estes critérios são aqueles que se consideraram mais pertinentes para a empresa que

encomendou o projecto e que fossem possíveis de quantificar nesta fase do projecto, em que ainda

não se passou ao dimensionamento estrutural. Os critérios considerados são:

Volume necessário

Com este critério quantifica-se o espaço que a plataforma precisa para elevar e inclinar um veículo.

Para avaliar este critério foi considerado um veículo com um comprimento de 6400 mm, uma vez que

este foi o maior comprimento encontrado em veículos aos quais se destina a plataforma a projectar.

Volume de transporte

Volume mínimo que uma plataforma vai ocupar em transporte.

Complexidade dos sistemas de actuação

Com este critério pretende-se avaliar qualitativamente o nível crescente de complexidade dos

sistemas de actuação dos movimentos de cada conceito. Assim de um modo crescente de

complexidade tem-se:

1 - Utilização de apenas cilindros hidráulicos.

2 - Utilização de cilindros hidráulicos e engrenagens.

3 - Utilização de cilindros hidráulicos, engrenagens e correntes de transmissão.

Número de peças

Pretende-se quantificar o número de peças que têm de ser fabricadas em cada conceito. Por exemplo

na Figura 3.5 podemos observar 4 peças numeradas com os nos 1,2,3 e 4.

Importa referir que a tranca (ver nº 3 na Fig. 3.24) e o dispositivo de encaixe da tranca (ver nº 2 na

Fig. 3.24) são contabilizadas como uma só peça porque em qualquer conceito estas duas peças

podem ser fabricadas como sendo só uma ou então manterem-se como duas peças por uma questão

de operacionalidade. O mesmo acontece com os braços de suporte do veículo (ver nº 1 na Fig. 3.17)

43

e o dispositivo de suporte do veículo (ver nº 2 na Fig. 3.17). São contabilizados como uma só peça

porque por uma questão de economia serão fabricados como uma só peça, mas se assim se desejar,

poderão ser fabricados como duas ou três peças distintas de modo a se poder regular a distância

entre os braços de suporte do veículo.

Processo fabrico

Com este critério pretende-se avaliar qualitativamente o nível crescente de complexidade dos

processos usados para o fabrico de cada conceito. Assim de um modo crescente de complexidade

tem-se:

1 - Utilização de soldadura e/ou aparafusamento de componentes normalizados.

2 - Utilização de soldadura e/ou aparafusamento de componentes normalizados e fundição de

determinados componentes.

Necessidade de vala

Podemos observar na Figura 3.16 que o operador não chega à parte superior do veículo com este

inclinado a 90º. Neste caso para este conceito ser viável, o comprador da plataforma teria que instalar

a plataforma a um nível inferior ao do solo, de modo a afundá-la, para que o operador pudesse

alcançar o topo do veículo quando este estivesse inclinado de 90º. Para este projecto considerou-se

que uma vala seria necessária se a distância entre o veículo e o solo, indicada pela letra d na

Figura 3.16, fosse superior a 400 mm. Assim de uma forma quantitativa crescente tem-se:

1 - Não necessita de vala para instalar plataforma.

2 - Necessita de vala para instalar plataforma.

Facilidade de operação

Com este critério pretende-se avaliar qualitativamente o nível crescente da acessibilidade do

operador ao fundo do veículo. Assim de um modo crescente de complexidade tem-se:

1 - Acessibilidade quase total ao fundo do veículo, como se pode observar na Figura 3.29.

2 - Acessibilidade limitada ao fundo do veículo e equivalente à plataforma original como se pode

observar nas Figuras. 3.3 e 3.6.

3 - Acessibilidade igual à anterior, mas com dificuldades na deslocação do operador ao longo do

veículo como se pode observar nas Figuras 3.15 e 3.16.

Altura necessária

Com este critério pretende-se estimar a altura que cada conceito necessitaria para elevar um veículo

a 2,10 m do solo.

44

3.3.2. Processos de selecção

Foi solicitado à empresa Ambop que atribui-se pesos a cada critério de modo a se poder quantificar a

importância relativa entre critérios. Estes pesos estão indicados na Tabela 1. Importa referir que a

Ambop decidiu excluir os critérios da altura necessária e volume de transporte.

Volume

necessário

Complexidade

dos sistemas de

actuação

Número de

peças

Processo de

fabrico

Necessidade de

vala

Facilidade de

operação

Pesos [%] 5 15 25 20 10 25

Para se poder seleccionar um conceito quantificam-se os critérios para cada conceito, cujo resultado

se pode observar na Tabela 2. É necessário referir que os valores de critérios quantificáveis como por

exemplo o de volume necessário foram estimados através das especificações e do modo de

funcionamento de cada conceito.

Volume

necessário

[m3]

Complexidade

dos sistemas de

actuação

Número de

peças

Processo de

fabrico

Necessidade de

vala

Facilidade de

operação

Conceito 0 161,8 1 4 1 2 2

Conceito 1 136,2 1 4 1 1 2

Conceito 2 89,4 1 5 1 1 2

Conceito 3 98,4 1 5 1 1 2

Conceito 4 93,6 2 5 2 2 3

Conceito 5 98,7 2 5 2 2 2

Conceito 6 72,9 3 5 1 1 2

Conceito 7 81,2 2 5 2 1 2

Conceito 8 66 1 9 1 1 1

O primeiro processo de selecção utilizado é qualitativo, comparando cada conceito à plataforma da

empresa LSD que inspirou este projecto e é constituído por duas fases. Numa primeira fase, mais

simples e menos rigorosa, eliminam-se os conceitos mais desfavoráveis para numa segunda fase um

pouco mais rigorosa se escolher o conceito mais favorável.

A comparação entre os vários conceitos e a plataforma que inspirou este projecto só é válida se

considerarmos as inovações que estes conceitos trazem. Os critérios assim acrescentados são:

capacidade de carga, movimento da tranca independente do movimento de elevação e modo de

instalação (necessidade ou não de serem aparafusados ao solo).

Tabela 1: Pesos atribuídos pela empresa Ambop a cada critério de selecção.

Tabela 2: Quantificação de cada critério para todos os conceitos.

45

Numa primeira fase classifica-se como + um conceito que em determinado critério é melhor que a

plataforma original ou de referência, como 0 um conceito que em determinado critério é igual à

plataforma original ou de referência ou como - um conceito que em determinado critério é pior que a

plataforma original ou de referência. No fim subtrai-se o número de - ao número de + de cada

conceito obtendo uma classificação tanto mais favorável quanto maior for o seu número.

A aplicação desta primeira fase é apresentada na Tabela 3.

Conceitos

Critérios

selecção 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Plataforma

original

Volume

necessário - - 0 0 0 0 + + + 0

Complexidade

dos sistemas

de actuação

0 0 0 0 - - - - 0 0

Número de

peças 0 0 - - - - - - - 0

Processo de

fabrico 0 0 0 0 - - 0 - 0 0

Necessidade

de vala - 0 0 0 - - 0 0 0 0

Facilidade de

operação 0 0 0 0 - 0 0 0 + 0

Capacidade de

carga + + + + + + + + + -

Movimento da

tranca

Independente

+ + + + + + + + + -

Modo de

instalação + + + + + + + + + -

+ 3 3 3 3 3 3 4 4 5

0 4 5 5 5 1 2 3 2 3

- 2 1 1 1 5 4 2 3 1

Balanço 1 2 2 2 -2 -1 2 1 4

Classificação 3º 2º 2º 2º 5º 4º 2º 3º 1º

Continua? Não Sim Sim Sim Não Não Sim Não Sim

Podemos verificar no final da Tabela 3 que passam apenas os primeiros e segundos classificados, ou

seja, os conceitos 1, 2, 3, 6 e 8.

Tabela 3: Primeira fase do processo selecção qualitativo.

46

Na segunda fase classifica-se cada conceito de 1 a 5 sendo que 3 é igual à plataforma original ou de

referência e afecta-se cada classificação do peso atribuído a cada critério, como indicado na

Tabela 1. Os pesos atribuídos na Tabela 1 têm que ser adaptados à inserção de mais três critérios,

de modo a se obter um total de 100%. É preciso notar que se atribuiu o mesmo peso aos critérios

facilidade de operação e movimento da tranca independente uma vez que esta inovação vai melhorar

bastante a operacionalidade da plataforma a projectar. Dada a importância dos outros dois critérios

inseridos, uma vez que representam inovações, foi-lhes atribuído um peso igual ao critério processo

de fabrico que é o segundo mais alto. De modo a cumprir-se o referido anteriormente e a manter a

proporcionalidade entre os critérios indicados na Tabela 1, estes foram divididos pelo valor de 1,65.

A aplicação desta segunda fase pode ser observada na Tabela 4.

Conceito 1 Conceito 2 Conceito 3 Conceito 6 Conceito 8

Critérios

selecção Pesos Aval.

Aval. c/

peso Aval.

Aval.

c/

peso

Aval.

Aval.

c/

peso

Aval.

Aval.

c/

peso

Aval.

Aval.

c/

peso

Volume

necessário 3,030 1 0,030 3 0,091 3 0,091 4 0,121 3 0,091

Complexidade

dos sistemas

de actuação

9,091 3 0,273 3 0,273 3 0,273 2 0,182 3 0,273

Número de

peças 15,152 3 0,455 3 0,455 3 0,455 3 0,455 1 0,152

Processo de

fabrico 12,121 3 0,364 3 0,364 3 0,364 3 0,364 3 0,364

Necessidade

de vala 6,061 3 0,182 3 0,182 3 0,182 3 0,182 3 0,182

Facilidade de

operação 15,152 3 0,455 3 0,455 3 0,455 3 0,455 4 0,606

Capacidade

de carga 12,121 4 0,485 4 0,485 4 0,485 4 0,485 4 0,485

Movimento da

tranca

Independente

15,152 4 0,606 4 0,606 4 0,606 4 0,606 4 0,606

Modo de

instalação 12,121 4 0,485 4 0,485 4 0,485 4 0,485 4 0,485

Balanço 3,333 3,394 3,394 3,333 3,242

Classificação 2º 1º 1º 2º 3º

Como se pode observar na Tabela 4 ainda não é possível escolher um conceito, pois dois dos

conceitos estão em primeiro lugar.

Tabela 4: Resultados da segunda fase do processo selecção qualitativo.

47

Recorreu-se então a um processo de selecção com uma maior capacidade de discretização em cada

critério comparando os vários conceitos entre si.

Com este objectivo utilizou-se uma adimensionalização dos valores apresentados na Tabela 2

recorrendo à Equação 1.

mínimomáximo

mínimoconceito

vvvv

v−−

= . (1)

onde v é o valor adimensionalizado, mínimov é o valor mais pequeno de todos os conceitos para um

determinado critério, máximov é o maior valor de todos os conceitos para um determinado critério e

conceitov é o valor de um conceito em determinado critério.

O resultado da aplicação do processo de adimensionalização à Tabela 2, página 44, é o apresentado

na Tabela 5.

Pesos

[%]

Conceitos

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Volume

necessário [m3] 5 1 0,73 0,24 0,34 0,29 0,34 0,07 0,16 0

Complexidade

dos sistemas de

actuação

15 0 0 0 0 0,5 0,5 1 0,5 0

Número de peças 25 0 0 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 1

Processo de

fabrico 20 0 0 0 0 1 1 0 1 0

Necessidade de

vala 10 1 0 0 0 1 1 0 0 0

Facilidade de

operação 25 0,5 0,5 0,5 0,5 1 0,5 0,5 0,5 0

Resultados 0,275 0,162 0,187 0,192 0,689 0,567 0,329 0,458 0,25

Classificação 5º 1º 2º 3º 9º 8º 6º 7º 4º

Comparando os resultados da Tabela 5 com os da Tabela 4 verificou-se que são contraditórios, pois

há uma inversão de posições, não permitindo a escolha definitiva de um conceito.

Verificou-se que no primeiro processo de selecção o conceito 8, apesar de se encontrar em 3º lugar,

estava a condicionar os resultados através do critério número de peças. Os outros conceitos

avaliados, apesar de terem números de peças diferentes, eram classificados como iguais pois a

diferença no número de peças para o conceito 8 era muito elevada.

Tabela 5: Resultados do segundo processo de selecção.

48

Removendo o conceito 8 da segunda fase do primeiro processo de selecção, verifica-se que os

resultados se modificam como se pode observar na Tabela 6.

Conceito 1 Conceito 2 Conceito 3

Critérios

selecção Pesos Avaliação

Avaliação

com peso Avaliação

Avaliação

com peso Avaliação

Avaliação

com peso

Volume

necessário 3,030 1 0,030 3 0,091 3 0,091

Complexidade

dos sistemas

de actuação

9,091 3 0,273 3 0,273 3 0,273

Número de

peças 15,152 3 0,455 2 0,303 2 0,303

Processo de

fabrico 12,121 3 0,364 3 0,364 3 0,364

Necessidade

de vala 6,061 3 0,182 3 0,182 3 0,182

Facilidade de

operação 15,152 3 0,455 3 0,455 3 0,455

Capacidade

de carga 12,121 4 0,485 4 0,485 4 0,485

Movimento da

tranca

Independente

15,152 4 0,606 4 0,606 4 0,606

Modo de

instalação 12,121 4 0,485 4 0,485 4 0,485

Balanço 3,333 3,242 3,242

Classificação 1º 2º 2º

Comparando os resultados da Tabela 6 com os resultados do segundo processo de selecção

apresentados na Tabela 5, verificou-se que o conceito 1 (ver Fig.3.31) é o escolhido e portanto é o

que se propõe como alternativa à plataforma da empresa LSD (ver Fig.3.32).

Tabela 6: Resultados modificados do primeiro processo de selecção.

49

Figura 3.31: Conceito 1, conceito a desenvolver.

Figura 3.32: Plataforma da empresa LSD.

Importa referir que a base da plataforma escolhida para dimensionamento, apresentada na

Figura 3.31, será desenvolvida de modo a suprimir a necessidade da instalação por ligação

aparafusada ao solo da plataforma da empresa LSD, de acordo com o que se pode observar na

Fig. 4.1.

50

Capítulo 4

4. Dimensionamento estrutural

Neste capítulo apresentam-se as notas de cálculo correspondentes ao dimensionamento do conceito

escolhido (conceito 1) e respectivas verificações.

4.1. Notas de Cálculo

Um dos requisitos deste projecto é o fabrico em metalomecânica e um dos objectivos é a proposta de

uma alternativa económica à plataforma da empresa LSD. Com vista ao cumprimento destas

especificações de projecto serão utilizados elementos normalizados. Com o objectivo de cumprir as

especificações mencionadas anteriormente e de manter o peso da estrutura o mais reduzido possível

foi escolhido como material de construção da plataforma um aço, neste caso um aço estrutural

FeE355 definido pela norma EN 10025:1990 que possui as características indicadas na Tabela 7 para

espessuras inferiores a 40 mm. No caso de não ser possível utilizar elementos normalizados

constituídos por este material, deve-se utilizar um aço de características idênticas ou superiores às

indicadas na Tabela 7 para o aço estrutural FeE355.

Tensão de

cedência σced [N/mm2]

Tensão de rotura

σu [N/mm2]

Módulo de elasticidade E

[N/mm2]

Módulo de corte

G [N/mm2]

Coeficiente de Poisson

v

FeE355 355 510 210000 80769 0,3

Para seleccionar os elementos normalizados mais adequados, optou-se por analisar cada estrutura

através do método dos Elementos Finitos. Utilizou-se para o efeito um programa comercial de

simulação numérica com base na Teoria dos Elementos Finitos, designado por Ansys®, realizando as

análises estruturais no domínio das pequenas deformações.

A análise estática aplica-se a uma estrutura constituída por vigas em aço, um material dúctil, que

impõe a utilização de um elemento finito estrutural, elástico e do tipo viga. Atendendo às diversas

solicitações verifica-se que o elemento escolhido deve ser tridimensional.

Para análise estrutural optou-se pelo elemento finito Beam4 do Ansys®, um elemento da Teoria de

vigas de Euler-Bernoulli do tipo viga tridimensional, linear e elástico. Com dois nós por elemento e

seis graus de liberdade por nó: translação (ux, uy, uz) e rotação (rotx, roty, rotz) em três eixos

(x, y e z). Tem assim capacidade de tracção, compressão, torção e flexão.

Importa referir que para calcular os centros de gravidade das estruturas foi utilizado um programa de

modelação CAD tridimensional, o Autodesk Inventor®.

Tabela 7: Características do aço estrutural FeE355 para espessuras inferiores a 40 mm, fonte: [1].

51

Figura 4.1: Peças a analisar do conceito escolhido (conceito 1).

Para determinar os elementos normalizados a utilizar e as respectivas dimensões, foi utilizado um

processo iterativo, que consistiu, numa primeira fase, em estimar estes parâmetros através de

cálculos analíticos, seguindo-se a análise através da Teoria dos Elementos Finitos da geometria

obtida. Se os perfis normalizados escolhidos ou as respectivas dimensões necessitassem de ajustes,

estes seriam efectuados, verificando-se em seguida a respectiva compatibilidade geométrica.

Na Figura 4.2 apresentam-se as quatro peças a dimensionar. Por uma questão de simplicidade

passa-se a designar o dispositivo de suporte do veículo por apenas suporte e a viga de suporte por

coluna.

De acordo com o descrito no ponto 2.1.1.4, para o carregamento da estrutura consideraram-se três

combinações principais:

Combinação B1v - carregamento com toda a estrutura na vertical (daí juntar-se a letra v à designação

B1), com o veículo elevado, sem acção do operador no suporte do veículo e afectando todas as

cargas devido a massas que se movimentem, do coeficiente dinâmico Ø (combinação de cargas B1,

ver ponto 2.1.1.4, pág. 11),

Combinação B2 - carregamento com toda a estrutura na vertical, com o veículo elevado,

considerando todas as cargas como estáticas (não se aplica coeficiente dinâmico Ø) e fazendo actuar

uma força manual na horizontal, provocada pela acção do operador no suporte (combinação de

cargas B2, ver ponto 2.1.1.4, pág. 11),

Combinação B1h - carregamento com toda a estrutura na horizontal (daí juntar-se a letra h à

designação B1), com o veículo inclinado de 90º, afectando todas as cargas devido a massas que se

movimentem, do coeficiente dinâmico Ø e não considerando acção do operador sobre o suporte do

52

veículo uma vez que a norma EN 1493:1998 [1] só prevê a aplicação da força manual quando o

veículo está em posição elevada (combinação de cargas B1, ver ponto 2.1.1.4, pág. 11).

Das combinações de carregamento referidas a mais desfavorável em termos de dimensionamento

estrutural à resistência é a B1v, sendo desta forma a que vai ser apresentada e utilizada para os

dimensionamentos.

Das combinações de carregamento referidas a mais desfavorável em termos de estabilidade da

estrutura é a B2, sendo desta forma a que vai ser utilizada para os cálculos de estabilidade da

estrutura.

4.1.1. Modos de carregamento, combinação de cargas B1v

Para o dimensionamento estrutural foram utilizados dois critérios, o da tensão de cedência e o da

deformada. A norma EN 1493:1998 [1] indica um coeficiente de segurança à tensão de cedência de

n = 1,33 (ver ponto 2.1.1.4, pág. 11) mas determina um carregamento devido ao veículo de

aproximadamente duas vezes da capacidade de carga pretendida (ver ponto 1.4.1, pág. 5).

O REA [2] indica uma deformada máxima de L/200 (ver ponto 2.2, pág. 13) mas não especifica como

deve ser efectuado o carregamento da estrutura.

Para verificar o REA [2], carregou-se a estrutura apenas com a capacidade de carga pretendida, em

vez do carregamento indicado pela norma EN 1493:1998 [1] de aproximadamente duas vezes da

capacidade de carga pretendida. Obtêm-se assim um coeficiente de segurança à tensão de cedência

mais próximo da realidade ajudando a prevenir o sobredimensionamento da estrutura.

Passa-se à apresentação dos modos de carregamento supra referidos.

4.1.1.1. Carregamento segundo a norma EN 1493:1998

Com a distribuição da carga indicada pela norma EN 1493:1998 [1] (ver Fig. 4.3) pretende-se verificar

um coeficiente de segurança à tensão de cedência de n = 1,33 (ver ponto 2.1.1.4, pág. 11) utilizando

o critério de Von Mises.

Figura 4.2: Distribuição da carga do veículo no suporte de acordo com a norma EN 1493:1998 [1].

53

De acordo com a norma EN 1493:1998 [1] (ver Fig. 4.3), FW = 750 N (ver ponto 2.1.1.4, pág. 11),

Ø = 1,151 (ver ponto 2.1.1.4, pág. 11) e com o requisito de projecto P = 2500 kg (ver ponto 1.4.1,

pág. 5) tem-se que arredondado ao Newton:

N9409151,181,93

2500Øg3PØgPF PEPE =⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅= , (1)

N21171151,181,94

25003Øg4P3ØgPF GDGD =⋅⋅

⋅=⋅⋅

⋅=⋅⋅= , (2)

N22527506,0

2F6,0F W

WGD=

⋅=

⋅= , (3)

N15027504,0

2F4,0F W

WPE=

⋅=

⋅= . (4)

Introduzindo agora o requisito de projecto de inclinação admissível de α = 5º (ver ponto 1.4.1, pág. 5),

as forças gravíticas FGD e FPE decompõem-se em três componentes (ver Fig. 4.4) relativamente ao

referencial alinhado com a plataforma.

N1838)(sen1

)(sen)cos(FFF4

GDyGDxGD =

α−

α⋅α⋅== , (5)

N817)(sen1

)(sen)cos(FFF4

PEyPExPE =

α−

α⋅α⋅== , (6)

N21011)(sen1

)(cosFF4

2GD

zGD =α−

α⋅= (7)

N9338)(sen1

)(cosFF4

2PE

zPE =α−

α⋅= . (8)

Figura 4.3: Decomposição das forças gravíticas.

54

Importa referir que FGDx ,FGDy ,FPEx e FPEy (ver Fig. 4.4) podem tomar os dois sentidos possíveis e que

a força do vento (ver ponto 2.1.1.4, pág. 11) e da acção da tranca (ver Fig. 4.2) (ver ponto 4.1.3,

pág. 52) acumulam-se apenas à componente da força gravítica segundo o eixo dos zz (ver Fig. 4.4).

4.1.1.2. Carregamento segundo o REA

A norma EN 1493:1998 [1] implica uma distribuição de carga por eixo de 69,23/30,77. Para a

verificação do critério da deformada indicado pelo REA [2] (ver ponto 2.2, pág. 13) de L/200 utiliza-se

a distribuição da carga indicada pela norma EN 1493:1998 [1] mas aplicando apenas a capacidade de

carga pretendida (ver ponto 1.4.1, pág. 5). Tem-se então que

N848981,92

6923,02500g26923,0PgPF GDGD =⋅

⋅=⋅

⋅=⋅= , (9)

N377381,92

3077,02500g23077,0PgPF PEPE =⋅

⋅=⋅

⋅=⋅= , (10)

Note-se que para verificar o REA [2] não se utiliza nem o coeficiente dinâmico Ø nem a força do vento

FW.

Introduzindo agora o requisito de projecto de inclinação admissível de α = 5º (ver ponto 1.4.1, pág. 5),

as forças gravíticas FGD e FPE decompõem-se em três componentes (ver Fig. 4.4) relativamente ao

referencial alinhado com a plataforma.

De acordo com as Equações 5, 6, 7 e 8 tem-se que FGDx = FGDy = 737 N, FPEx = FPEy = 328 N,

FGDz = 8425 N e FPEz = 3744 N.

As Equações 5, 6, 7 e 8 aplicam-se da mesma forma a FST (força resultante da massa da tranca e do

suporte), a FC (força resultante da massa da coluna) e a FPL (força resultante da massa de toda a

plataforma).

55

4.1.2. Elementos normalizados

Todas as peças da plataforma (ver Fig. 4.8) serão compostas por vigas ou tubos normalizados. As

vigas em H (ver Fig. 4.7) respeitam norma dimensional DIN 1025-2 e os perfis tubulares (ver Fig. 4.5

e 4.6) respeitam a norma dimensional EN 10210-1. Na Tabela 8 apresentam-se as características de

cada tipo de perfil utilizado.

Figura 4.4: Perfil tubular

quadrangular.

Figura 4.5: Perfil tubular

rectangular.

Figura 4.6: Viga em H.

Figura 4.7: Elementos normalizados utilizados na construção das várias peças da

plataforma, cuja numeração atribui o respectivo perfil recorrendo à Tabela 8.

Nº perfil Perfil Área [cm2] Ixx [cm4] Izz [cm4] h [mm] b [mm] #1 120×60×12 35,89 536,6 162,6 120 60 #2 HEB 120 34 864 318 120 120 #3 160×14 79,66 2783 2783 - 160 #4 HEM 140 80,56 3291 1144 160 146 #5 HEM 200 131,3 10640 3651 220 205 #6 200×14 102,1 5811 5811 - 200

Tabela 8: Tabela das características dos perfis normalizados utilizados.

56

Figura 4.8: Determinação da força da tranca FT.

4.1.3. Tranca

A tranca (ver Fig. 4.8) tem por função fixar o veículo para que este não se mova quando está a ser

inclinado. A norma EN 1493:1998 [1] não prevê a utilização de uma tranca e assim há que determinar

a força necessária para manter o veículo imóvel quando este está inclinado (ver Fig. 4.9) de modo a

determinar o carregamento na tranca.

Uma situação extrema mas verosímil é a apresentada na Figura 4.9 uma vez que os veículos

colocados na plataforma poderão estar muito danificados.

Efectuando o equilíbrio de momentos em torno do ponto O (ver Fig. 4.9) tem-se que

TT LFgPr ⋅=⋅⋅ , (11)

onde, dos requisitos de projecto, P = 2500 Kg e LT = 1000 mm (ver ponto 1.4.1, pág. 5 e 6).

Para estimar o valor máximo de r recorreu-se ao factor “Static Stability Factor”, SSF, que a instituição

NHTSA [3] utiliza para avaliar a predisposição de um veículo para o capotamento. Esta instituição tem

vindo a avaliar ao longo dos anos um grande número de veículos sendo que a grande maioria se

enquadra nos veículos a que a plataforma a projectar se destina (ver ponto 2.3, pág. 14). Tem-se que

CG

td

H4TTSSF

⋅+

= . (12)

onde Td [21] é a distância entre o ponto médio da roda dianteira esquerda ao ponto médio da roda

dianteira direita, Tt [21] é a distância entre o ponto médio da roda traseira esquerda ao ponto médio

da roda traseira direita e HCG é a altura do centro de gravidade do veículo considerado. Dentro da

categoria de veículos pretendidos (ver ponto 2.3, pág. 14), os veículos com menor SSF e maior peso

57

Figura 4.9: Condições de fronteira na tranca.

são os SUV’s e os veículos de todo o terreno. Um dos veículos encontrados com menor SSF e maior

peso foram os Mitsubishi Pajero fabricados entre 1992 e 2000 com um SSF = 0,95.

Pesquisando pelos valores de Td e Tt [21] e introduzindo-os na Equação 12, obtém-se um valor de

HCG = 775,5 mm. Retirando a este valor a distância do fundo do chassis ao chão [22], ficou-se com

r = 600 mm. Utilizando a Equação 11 obtém-se FT = 14715 N.

A norma EN 1493:1998 [1] obriga a considerar o efeito do vento na direcção do fundo do veículo

(ver ponto 2.1.1.4, pág. 11) mas não indica o sentido. Assim a situação mais desfavorável será a

aplicação da força resultante do vento FW na mesma direcção e sentido da força da tranca FT.

Para analisar esta peça no Ansys® as condições de fronteira e dimensões utilizadas são as

apresentadas na Figura 4.10. A peça encontra-se em consola, fixa na origem do referencial,

indicando-se as reacções vertical FRz e de momento em torno de y, MRy.

Importa referir que todas as forças e momentos representados na Figura 4.10, identificados com o

índice R, são forças e momentos de reacção que correspondem a constrangimentos introduzidos no

Ansys® para analisar a peça.

As características do perfil utilizado na tranca, #1, (ver Fig. 4.10) são as indicadas na Tabela 8,

anteriormente apresentada.

Para verificar a flecha máxima pelo REA [2], considerou-se LT = 1000 mm, com FW = 750 N (ver

ponto 2.1.1.4, pág. 11), tem-se que

mm5200/L T = . (13)

Como podemos observar pela Figura 4.12 a deformada máxima obtida pela análise estrutural na

tranca é de 4,6 mm, respeitando assim o critério do REA [2] (ver Equação 13).

Para a tensão de Von Mises observa-se um valor máximo de 173 MPa (ver Fig. 4.11), a que

corresponde a um coeficiente de segurança à tensão de cedência de n = 2,05. Desta forma, a tranca

irá ter um peso de aproximadamente 40 kg.

58

Figura 4.12: Condições de fronteira do suporte do lado direito (dimensões em mm).

Figura 4.10: Tensão de Von Mises na tranca. Figura 4.11: Deformada da tranca.

4.1.4. Suporte, lado direito

As dimensões (em mm) e condições de fronteira mais desfavoráveis utilizadas para analisar a peça

no Ansys® estão apresentadas na Figura 4.13. Importa referir que todas as forças e momentos

identificados com o índice R, são forças e momentos de reacção que correspondem a

constrangimentos introduzidos no Ansys® para analisar a peça.

59

As características dos perfis utilizados no suporte do lado direito, #2, #3 e #4, (ver Fig. 4.13) podem

ser observadas na Tabela 8, anteriormente apresentada. Considerou-se LN = 1200 mm e

L1 = 2150 mm. Dos cálculos resulta que MTx = 2943 N.m e MTy = 19144 N.m (ver Anexo A).

Nas Figuras 4.14 e 4.15 observa-se a tensão de Von Mises e a deformação resultantes da aplicação

do carregamento para verificar a norma EN 1493:1998 [1] (ver ponto 4.1.1.1, pág. 47 e 48).

Figura 4.13: Tensão de Von Mises com o

carregamento para verificação da EN 1493:1998

[1] para o suporte do lado direito.

Figura 4.14: Deformação com o carregamento

para verificação da EN 1493:1998 [1] para o

suporte do lado direito.

Para a tensão de Von Mises (ver Fig. 4.14) observa-se um valor máximo de 249 MPa, que

corresponde a um coeficiente de segurança à tensão de cedência (ver Tabela 7) de n = 1,43.


do carregamento para verificar REA [2] (ver ponto 4.1.1.2, pág. 48 e 49) de acordo com a

Equação 14, com L1 = 2150 mm (ver Fig. 4.13).

mm75,10200/L1 = . (14)


carregamento para verificação do REA [2] para o

suporte do lado direito.


para verificação do REA [2] para o suporte do

lado direito.

60

Para a tensão de Von Mises resultante da aplicação do carregamento para verificação do REA [2]

(ver Fig. 4.16), observa-se um valor máximo de 188 MPa, que corresponde a um coeficiente de

segurança à tensão de cedência (ver Tabela 7) de n = 1,9.

É necessário descontar a deformação (deslocamento e rotação) do ponto de fixação do elemento

onde a deformação é máxima (ver Fig. 4.17), de forma a obter o valor de deformação do vão em

questão. Obtém-se assim uma deformação máxima de 7,5 mm, respeitando desta forma o REA [2]

(ver Equação 14).

4.1.5. Suporte, lado esquerdo

O lado esquerdo do suporte é em tudo idêntico ao lado direito, com excepção do facto de não possuir

uma viga para guiamento da tranca (ver #2, Fig. 4.8 e 4.13) e logo, MTx e MTy não se aplicam ao

suporte do lado esquerdo.



Para a tensão de Von Mises (ver Fig. 4.18) observa-se um valor máximo de 249 MPa, que



do carregamento para verificar REA [2] (ver ponto 4.1.1.2, pág. 48 e 49) de acordo com a Equação 14

com L1 = 2150 mm (ver Fig. 4.13).


para verificação da EN 1493:1998 [1] para o

suporte do lado esquerdo.


carregamento para verificação da EN 1493:1998

[1] para o suporte do lado esquerdo.

61


(ver Fig. 4.20), observa-se um valor máximo de 119 MPa, com o carregamento para verificação do

REA [2], que corresponde a um coeficiente de segurança à tensão de cedência (ver Tabela 7) de

n = 2,98.

É necessário descontar a deformação (deslocamento e rotação) do ponto de fixação do elemento,

onde a deformação é máxima (ver Fig. 4.21), de forma a obter o valor de deformação do vão em

questão. Obtém-se assim uma deformação máxima de 7,44 mm, respeitando desta forma o REA [2]

(ver Equação 14).

O suporte no seu todo, lado direito e lado esquerdo, terá um peso total de 580 kg.

4.1.6. Coluna

As dimensões e condições de fronteira mais desfavoráveis utilizadas para analisar a peça no Ansys®

estão apresentadas na Figura 4.22. Importa referir que todas as forças e momentos na Figura 4.22

identificados com o índice R são forças e momentos de reacção que correspondem a

constrangimentos introduzidos no Ansys® para analisar a peça.


carregamento para verificação do REA [2] para

o suporte do lado esquerdo.


para verificação do REA [2] para o suporte do

lado esquerdo.

62

Figura 4.21:Condições de fronteira da coluna.

Figura 4.23: Deformação com o

carregamento para verificação da EN

1493:1998 [1] para a coluna.

As características do perfil utilizado na coluna, #5, (ver Fig. 4.22) podem ser observadas na Tabela 8,

anteriormente apresentada.

Considerou-se lrot = 500 mm e hc = 2950 mm. Note-se que a medida lrot foi obtida através do pré-

dimensionamento do sistema hidráulico de rotação e corresponde à distância do ponto de fixação dos

cilindros hidráulicos de rotação na coluna ao eixo de rotação da coluna.

Dos cálculos resulta que T = 7537 N.m, My = 117102 N.m, Mx = 12575 N.m, Fx = 5928 N, Fy = 5928 N

e Fz = 68508 N (ver Anexo A).





1493:1998 [1] para a coluna.

63


carregamento para verificação do REA [2]

para a coluna.

Para a tensão de Von Mises (ver Fig. 4.23) observa-se um valor máximo de 212 MPa que



do carregamento para verificar REA [2] (ver ponto 4.1.1.2, pág. 48 e 49) de acordo com a Equação 15

com hc = 2950 mm (ver Fig. 4.22).

mm75,14200/hc = . (15)


(ver Fig. 4.25), observa-se um valor máximo de 98,5 MPa, que corresponde a um coeficiente de


Verifica-se também uma deformação máxima de 11,1 mm (ver Fig. 4.26), respeitando assim o

REA [2] (ver Equação 15).

Desta forma a coluna irá ter um peso de 275 kg.

4.1.7. Base

Para analisar a base (ver Fig. 4.8) aplicou-se o simétrico das reacções da coluna (nos pontos de

interacção com a base) que se determinam pelo equilíbrio de tensões e momentos (ver Anexo A)

aplicados à coluna (incluindo forças resultantes do peso da coluna, FCx, FCy e FCz). As condições de

fronteira utilizadas para analisar a base no Ansys® são as apresentadas na Figura 4.27. Importa

referir que todas as forças e momentos identificados com o índice R, são forças reacção que

correspondem a constrangimentos introduzidos no Ansys® para analisar a peça.


carregamento para verificação do REA [2] para

a coluna.

64

Figura 4.26: Condições de fronteira da base.



1493:1998 [1] para a base.

As características do perfil utilizado na base, #6, (ver Fig. 4.27) podem ser observadas na Tabela 8,

anteriormente apresentadas.

Considerou-se m = 285 mm e L3 = 1830 mm. Dos cálculos resulta que Fx2 = 134967 N, Fz2 = 77923 N,

Fx3 = 105422 N, Fz3 = 71014 N, Fx4 = 158315 N, Fy4 = 6198 N e Fz4 = 142603 N (ver Anexo A).



Para a tensão de Von Mises (ver Fig. 4.28) observa-se-se um valor máximo de 247 MPa, que




1493:1998 [1] para a base.

65


carregamento para verificação do REA

[2] para a base.

Nas Figuras 4.30 e 4.31 observam-se a tensão de Von Mises e a deformação resultantes da

aplicação do carregamento para verificar REA [2] (ver ponto 4.1.1.2, pág. 48 e 49) de acordo com a

Equação 16 com L3 = 1830 mm (ver Fig. 4.27).

mm15,9200/L 3 = (16)


(ver Fig. 4.30), observa-se um valor máximo de 115 MPa, que corresponde a um coeficiente de


A deformação máxima que se verifica é de 8,6 mm (ver Fig. 4.31), respeitando assim o REA [2]

(ver Equação 16).

A base irá ter desta forma um peso de 920 kg.


carregamento para verificação do REA [2]

para a base.

66

4.1.8. Estabilidade, combinação de cargas B2

De acordo com a norma EN 1493:1998 [1] a estabilidade da estrutura deve ser considerada

(ver ponto 2.1.1.5, pág. 12). Vai-se então avaliar a estabilidade da plataforma utilizando a

configuração mais desfavorável, combinação de cargas B2 (ver ponto 4.1, pág. 46), e segundo duas

direcções, que estão apresentadas nas Figuras 4.32 e 4.33.

Considerou-se helev = 2100 mm, hcgv = 1182 mm, hcgh = 1824 mm, hcgl = 936 mm, lGD = 1575 mm e

lPE = 315 mm. Fe = 6000 N e corresponde à força máxima estabilizante, devido ao veículo, que a

norma EN 1493:1998 [1] permite considerar (ver ponto 2.1.1.5, pág. 12). FH = 1000 N (ver ponto

2.1.1.4, pág. 10) corresponde à força exercida horizontalmente pelo operador no suporte (ver

Fig. 4.8). Para a distribuição da carga Fe pelos dois braços de suporte do veículo (ver Fig. 4.33)

utiliza-se a mesma distribuição de carga de verificação do REA [2] (ver ponto 4.1.1.2, pág. 48).

É necessário referir que a força correspondente ao peso total da plataforma, FPL = 17854 N, quando

sujeita ao requisito de inclinação admissível (ver pontos 4.1.1.1 e 4.1.1.2, pág. 47, 48 e 49), dá

origem às componentes FPLx, FPLy e FPz, segundo o referencial alinhado com a plataforma. Desta

forma, utilizando as Equações 5 e 7 tem-se que FPLx = FPLy = 1550 N e FPLz = 17719 N.

Figura 4.32: Esquema para a verificação

de estabilidade lateral.

Figura 4.31: Esquema para a verificação de

estabilidade longitudinal.

67

Para a combinação de cargas B2 (ver ponto 4.1, pág. 46) tem-se que

N817581,93

2500g3PgPF PEPE =⋅=⋅=⋅= , (17)

N1839381,94

25003g4P3gFF GDGD =⋅

⋅=⋅

⋅=⋅= , (18)

De acordo com as Equações 5 e 6 temos que FGDx = FGDy = 1597 N e FPEx = FPEy = 710 N.

N3307FFFF HPEGDxdf x=++= , (19)

N2307FFFxPEGDxda =+= , (20)

Fazendo o equilíbrio de momentos em torno do ponto O da Figura 4.32 tem-se que

m.N359202LFhFM Ne

cghplzS =⋅

+⋅= , (21)

m.N13621hFh)FF(M cgvplxelevdadfT =⋅+⋅+= , (22)

Fazendo o equilíbrio de momentos em torno do ponto O da Figura 4.33 tem-se que

m.N20801hFlF6923,0lF3077,0M cglplzPEeGDeS =⋅+⋅⋅+⋅⋅= , (23)

m.N11521hFh)F2F2(M cgvplyelevPEGDT yy=⋅+⋅⋅+⋅= , (24)

Tem-se que n ≥ 1,3 (ver ponto 2.1.1.5, pág. 12)

TS MnM ⋅= . (25)

De acordo com a Equação 25 tem-se que n = 2,64 para a estabilidade longitudinal (ver Fig. 4.32) e

n = 1,8 para a estabilidade lateral (ver Fig. 4.33).

68

Capítulo 6

5. Conclusões e Desenvolvimentos Futuros

5.1. Conclusões

O objectivo deste projecto foi o de conceber e realizar os primeiros dimensionamentos de uma

alternativa económica à plataforma elevatória e basculante de VFV da empresa LSD (ver Fig. 1.3). A

empresa que propôs este projecto, Ambop – Soluções Ambientais, atribui a este equipamento

algumas limitações (ver ponto 1.2, pág. 2) que gostava de ver ultrapassadas num modelo próprio.

Entre estas limitações estão a necessidade de instalação por ligação aparafusada ao solo, a

interdependência de dois dos três movimentos necessários, que tornavam a operação pouco prática,

e a capacidade de carga reduzida que deixava de fora uma fatia razoável de VFV.

Esta nova plataforma, seria fabricada pela Ambop em parceria com uma empresa metalomecânica,

com todas limitações daí inerentes.

O primeiro passo consistiu na pesquisa de legislação pertinente, que se revelou ser a Directiva

Máquinas 2006/42/CE [8], Directiva 98/37/CE [9] e a norma EN 1493:1998 [1]. Esta norma para além

de garantir a segurança no projecto, indica as cargas a serem aplicadas e a sua distribuição

(ver Fig. 2.1) mas não especifica limites para a deformada. Para verificação das deformadas adoptou-

se um critério do REA [2].

As pesquisas de mercado e de patentes não produziram resultados que permitissem influenciar o

projecto. Este facto justifica-se pelo estado actual do mercado em causa, que só surge após o

aparecimento de legislação que obriga à despoluição de VFV.

A geração de novos conceitos (ver ponto 3, pág. 23) é um processo qualitativo e que requer algum

cuidado, uma vez que não é prático fazer cálculos estruturais para todos os conceitos gerados.

Depende assim do projectista apresentar conceitos que possam estar perto da realidade para que

possam ser comparáveis e o facto de se ter um equipamento como ponto de partida ajuda criando um

ponto de referência. A selecção entre os vários conceitos gerados é complicada dado o número de

variáveis existentes para avaliar cada conceito, mas ferramentas de selecção de conceitos, como o

“Concept Scoring” [20], prestam um auxílio importante na selecção de um conceito que esteja mais

de acordo com o pretendido pela empresa. Importa referir que estas ferramentas dispensam uma

interpretação crítica dos resultados.

Como já foi mencionado, para o dimensionamento estrutural foram utilizados dois critérios, o da

tensão de cedência e o da deformada. A norma EN 1493:1998 [1] indica um coeficiente de segurança

à tensão de cedência de n = 1,33 mas obriga a um carregamento devido ao veículo de

aproximadamente duas vezes da capacidade de carga pretendida (ver ponto 1.4.1, pág. 5). O REA [2]

indica uma deformada máxima de L/200 mas não especifica como deve ser efectuado o

carregamento da estrutura.

69

Para verificar o REA [2], carregou-se a estrutura apenas com a capacidade de carga pretendida, em

vez do carregamento indicado pela norma EN 1493:1998 [1] de aproximadamente duas vezes da

capacidade de carga pretendida. Obtêm-se assim um coeficiente de segurança à tensão de cedência

mais próximo da realidade ajudando a prevenir o sobredimensionamento da estrutura.

O suporte (ver Fig. 4.8) é constituído por perfis tubulares quadrados e vigas em H. Vigas em H são

utilizadas em elementos que não estão sujeitos à torção, enquanto que os perfis tubulares são

utilizados em elementos que estão sujeitos à torção. Esta peça irá ter um peso de 580 kg, valor que

quando comparado com o peso total da plataforma da empresa LSD, 880 kg (ver ponto 1.2, pág. 2),

pode parecer exagerado. Esta diferença pode ser justificada pelo aumento da capacidade da

plataforma, pelo aumento significativo do comprimento dos braços de suporte do veículo (ver

ponto 1.4.1, pág. 6) e pela própria natureza do desenho do suporte.

Utilizando o carregamento do REA [2] obteve-se um coeficiente de segurança à tensão cedência de

n = 1,9 para o lado direito do suporte e de n = 2,98 para o lado esquerdo do suporte. No lado direito

do suporte obteve-se um coeficiente de segurança mais baixo por causa da viga de suporte da tranca

(ver #2 nas Fig. 4.8 e 4.13 e ver Fig. 4.16) onde a tensão é máxima. Utilizando o carregamento da

norma EN 1493:1998 [1], a solicitação nos elementos inferiores aumenta (ver Fig. 4.14 e 4.18),

enquanto que a solicitação na viga de suporte da tranca se mantém (o carregamento da tranca não é

definido pela norma, ver ponto 4.1.3, pág. 52). Nesta situação ambos os lados do suporte passam a

ter tensão máxima no mesmo ponto e os coeficientes de segurança à tensão passam a ser

semelhantes (ver Fig. 4.14 e 4.18).

A coluna (ver Fig. 4.8 e 4.22) é constituída por uma viga normalizada em H, apesar de estar sujeita à

torção, para poder servir de guiamento ao suporte. Esta peça irá ter um peso de 275 kg.

A base é constituída por perfis tubulares quadrados. Esta peça irá ter um peso de 920 kg. O caso

mais desfavorável de carregamento acontece quando o veículo está elevado. São os cilindros

hidráulicos de rotação (ver Anexo A, Fig. 7.3) que mantêm a coluna e o suporte na vertical, passando

os esforços para a parte de trás da base. Para conferir a rigidez necessária à base, a ligação entre o

lado esquerdo e o lado direito é reforçada de modo a resistir ao esforço de torção existente nesta

ligação (ver Fig. 4.28).

Dado o peso obtido para a base, existem dois caminhos possíveis para a redução do seu peso, ou se

reconsidera a eliminação da necessidade de instalação por ligação aparafusada ao solo (ver

ponto 1.2, pág. 3), ou se coloca um batente na zona inferior da coluna que a mantenha, juntamente

com o suporte e o veículo, na posição vertical, quando o veículo é elevado. Retira-se assim o esforço

dos cilindros hidráulicos de rotação e da parte de trás da base, permitindo assim reduzir o peso da

base. É importante referir que a manutenção da coluna, suporte e veículo na vertical através dos

cilindros hidráulicos de rotação, poderá não ser a mais correcta, pois as forças envolvidas poderão

ser superiores às que estes elementos poderão estar preparados para suportar.

Quando o carregamento utilizado é o do REA [2], todas as peças à excepção do lado direito do

suporte (devido à viga de suporte da tranca, ver #2 na Fig. 4.13 e Fig. 4.16), têm um coeficiente de

70

segurança à tensão de cedência de aproximadamente 3, o que é adequado uma vez que estão vidas

humanas em risco.

A comparação dos pesos da plataforma original e da plataforma projectada só será válida, se

considerarmos o mesmo tipo de base, uma vez que uma base para ligação aparafusada ao solo será

substancialmente mais leve que uma base para uma plataforma que não necessite de ser instalada

por ligação aparafusada ao solo e que assim tenha que suportar e equilibrar toda a estrutura com o

veículo elevado. Tendo em conta que se aumentou a capacidade de carga em 25%, vai-se obter um

peso aceitável de 1100 kg (afectando os 880 kg da plataforma original de 25%). Considerando que o

peso combinado da coluna, suporte e tranca é de 895 kg, pode-se considerar que 205 kg (peso

aceitável menos peso combinado) seriam suficientes para uma base que permitisse uma instalação

da plataforma por ligação aparafusada ao solo da plataforma projectada, tomando como referência o

observado nas Figuras 1.1 e 1.3.

O requisito da inclinação admissível do solo de α = 5o (ver ponto 1.4.1, pág. 5) agravou a tensão no

suporte em aproximadamente 10% e na coluna em aproximadamente 20% (ver Fig. 4.8).

5.2. Desenvolvimentos Futuros

A base da plataforma deverá ser alvo de desenvolvimentos futuros de modo a reduzir o seu peso e

de modo a eliminar a necessidade de sustentação da coluna, suporte e veículo na vertical, através

dos cilindros hidráulicos de rotação, de acordo com o referido nas conclusões.

A norma EN 1493:1998 [1] indica que se o número de ciclos de carga for superior a 22000, a

estrutura também tem de ser dimensionada à fadiga. Assumindo 5 dias de trabalho por semana e o

carregamento de 20 veículos por dia (número obtido através de uma empresa de despoluição de

VFV), os 22000 ciclos esgotam-se ao fim de pouco mais de 4 anos o que é claramente inaceitável.

É necessário dimensionar o sistema hidráulico e as ligações soldadas entre os vários elementos

normalizados. Importa também analisar detalhadamente as tensões envolvidas nos pontos de fixação

dos actuadores hidráulicos e nas várias interacções entre peças.

Têm que ser seleccionados os rolamentos a utilizar nas interacções coluna/suporte e suporte/tranca.

A norma EN 1493:1998 [1] obriga à existência de um dispositivo de bloqueio, que em caso de falha

do elemento de elevação, impeça a queda ou descida do dispositivo de suporte do veículo e um

dispositivo mecânico contra o retomar da subida, que em caso de falha do elemento de elevação

impeça o retomar da subida a partir da posição inicial. Ambos os dispositivos têm que resistir sem

deformação permanente às suas actuações. Estes dispositivos não foram abordados por este

trabalho e poderão ser alvo de futuros projectos.

Finalmente poderá ser efectuado um estudo económico que permita estimar os custos envolvidos no

fabrico da plataforma.

71

6. Referências

[1] EN 1493:1998. Norma Europeia referente a Elevadores de veículos. Cen Comité Europeu de

Normalização.

[2] Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes e Regulamento de

Estruturas de Aço para Edifícios (Abril 1998). 2ªEdição, Editora Rei dos Livros.

[3] NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration), www.nhtsa.dot.gov. Acedido a 12 de

Setembro de 2007.

[4] Directiva 2000/53/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho de 18 Setembro de 2000.

Directiva Europeia relativa aos Veículos em Fim de Vida. Jornal Oficial das Comunidades

Europeias de 21 de Outubro de 2000.

[5] Fiat Commercial Vehicles. http://www.fiatcv.com.au/cms/media/PDFs/LWB%20Van%20spec%

20sheet.pdf. Acedido a 19 de Agosto de 2007.

[6] LSD Recycling Technology. http://www.lsd-gmbh.com/lsd_gmbh/referenzen_eng.html. Acedido

a 5 de Outubro de 2007.

[7] Wuhan Haiyu Technology Development Co., Ltd. http://atvchina.en.alibaba.com. Acedido a 5

de Outubro de 2007.

[8] Directiva 2006/42/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 17 Maio de 2006. Directiva

europeia relativa às máquinas. Jornal Oficial da União Europeia de 9 de Junho de 2006.

[9] Directiva 98/37/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 22 de Junho de 1998. Directiva

Europeia relativa à aproximação das legislações dos Estados-membros respeitantes às

máquinas. Jornal Oficial da União Europeia de 23 de Agosto de 1998.

[10] Directiva Europeia 2001/116/CE, da Comissão Europeia de 20 de Dezembro de 2001.

Directiva europeia que adapta ao processo técnico a Directiva 70/156/CEE do Conselho

relativa à aproximação das legislações do Estados-membros respeitantes à homologação dos

veículos a motor e seus reboques. Jornal Oficial das Comunidades Europeias de 21 de Janeiro

de 2002.

[11] Rotary Lift. http://www.rotarylift.com/default.asp?language=English&location=Europe. Acedido

a 5 de Outubro de 2007.

[12] MAHA Maschinenbau Haldenwang GmbH & Co. KG. http://www.maha.de/en/impressum.asp.

Acedido a 5 de Outubro de 2007.

[13] European Patent Office.

http://v3.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX=JP2002226187&F=0. Acedido a 5 de

Outubro de 2007.

[14] Google Patent Search. http://www.google.com/patents?id=MxF9AAAAEBAJ&dq=7143869.


72

[15] Google Patent Search. http://www.google.com/patents?id=q-MfAAAAEBAJ&dq=5636711.


[16] Google Patent Search. http://www.google.com/patents?id=52sYAAAAEBAJ&dq=in-

ground+vehicle+lift. Acedido a 5 de Outubro de 2007.

[17] Google Patent Search. http://www.google.com/patents?id=qsoiAAAAEBAJ&dq=four+post+lift.


[18] Google Patent Search. http://www.google.com/patents?id=1PsTAAAAEBAJ&dq=vehicle+tilting.


[19] Google Patent Search. http://www.google.com/patents?id=vPw3AAAAEBAJ&dq=4599034.


[20] Ulrich, K. T. e Eppinger, S. D. (2003). Product Design & Development. 3ª edição, McGraw-Hill.

[21] Internet Auto Guide. http://www.internetautoguide.com/car-specifications/09-int/1995/mitsubishi

/montero/index.html. Acedido a 5 de Outubro de 2007.

[22] Auto Mall USA. http://www.automallusa.net/1995/mitsubishi/montero/reviews.html. Acedido a 5

de Outubro de 2007.

[23] Shigley, J. E., Mischke, C. R. e Budynas, R.G. (2004). Mechanical Engineering Design. 7ª

edição, McGraw-Hill.

[24] Beer, F. P. e Johnston, E. R. (1992). Mechanics of Materials. 2ª edição, Mc Graw Hill.

[25] Silva, A., Dias, J. e Sousa, L. (2001). Desenho Técnico Moderno. 1ª edição, Lidel.

73

Figura 7.1: Definição das dimensões ltx e lty.

7. ANEXO A - Cálculos Auxiliares

Suporte, lado direito

Apresentam-se os cálculos relativos aos momentos aplicados ao topo da viga do suporte que guia o

movimento da tranca (ver #2 na Fig. 7.2).

Figura 7.2: Condições de fronteira do suporte do lado direito (dimensões em mm).

74

Considerou-se ltx = 250 mm e lty = 200 mm (ver Fig. 7.1). Estas dimensões correspondem ao

desalinhamento do cilindro hidráulico (que actua o movimento da tranca) do eixo de guiamento da

tranca (ver #2 nas Fig. 4.8 e 4.13).

tyTTx lFM ⋅= , (1)

txTRyTy lFMMtranca

⋅−−= . (2)

Para FT e MRytranca ver ponto 4.1.3, página 52. MRytranca foi determinado através das reacções

resultantes dos constrangimentos aplicados à tranca (constrangimentos necessários à simulação da

interacção entre a tranca e o suporte do lado direito) quando esta foi analisada no Ansys® (ver

Fig. 4.10).

Coluna

Antes de se calcularem as forças que actuam sobre a coluna é necessário definir algumas dimensões

que se podem observar nas Figuras 7.3 e 7.4.

Figura 7.3: Dimensões importantes, L2 e ls/2. Figura 7.4: Dimensões e ângulos importantes, lcil, lSTv,

lSTh, lg, L, LN, hc, lrot e θ.

Considerou-se ls = 1260 mm, L2 = 920 mm, lcil = 190 mm, lSTv = 460 mm, lSTh = 530 mm, lg = 150 mm,

L = 2050 mm, LN = 1200 mm, hC = 2950 mm, lrot = 500 mm e θ = 30º.

Os valores de lrot e θ foram obtidos através do pré-dimensionamento do sistema hidráulico de rotação.

75

PST = 630 kg corresponde ao peso do conjunto do suporte e da tranca.

ØgPF STST ⋅⋅= , (3)

)(sen1

)(sen)cos(FFF

4

STySTxST

α−

α⋅α⋅== , (4)

)(sen1

)(cosFF4

2ST

zSTα−

α⋅= , (5)

Assim para as forças e momentos apresentados na Figura 7.5, tem-se que

xxx STPEGDx FF2F2F +⋅+⋅= , (6)

yyy STPEGDy FF2F2F −⋅−⋅−= , (7)

PEGDzzz WWSTPEGDz F2F2FF2F2F ⋅−⋅−−⋅−⋅−= , (8)

)l)F(l)F(()lF

)Ll2L2()FF((T

sPEsGDSThST

Ng1PEGDC

xxy

yy

⋅−⋅+⋅−

−−⋅+⋅⋅−−= , (9)

)lFLF2LF2(

)l)FF(l)FF((MM

STvST2PE2GD

sGDWGDsPEWPETx

yyy

zzx

⋅−⋅⋅−⋅⋅−+

+⋅−−−⋅−−+= , (10)

)lFLF2LF2(

l)F()l2/LlL()F()lF

)Ll2L2()FFFF((MM

STvST2PE2GD

cilzcilNg1TSThST

Ng1PEGDWGDWTy

xxx

z

zzPEy

⋅+⋅⋅+⋅⋅−

−⋅−−+−+⋅−+⋅+

+−⋅+⋅⋅−−−−−−= , (11)

tyTTx lFM ⋅= , (1)

txTRyTy lFMMtranca

⋅−−= . (2)

Figura 7.5:Condições de fronteira da coluna.

76

Base

Para determinar as forças e momentos que actuam sobre a base (forças e momentos de reacção

indicados com o índice R na Fig. 7.6) é necessário adicionar o efeito da massa da coluna às forças

que actuam sobre esta.

Considerou-se m = 285 mm, hC = 2950 mm, lrot = 500 mm e θ = 30º. Note-se que lrot e θ foram obtidos

através do pré-dimensionamento do sistema hidráulico de rotação. A medida lrot corresponde à

distância do ponto de fixação dos cilindros hidráulicos de rotação na coluna ao eixo de rotação da

coluna e θ corresponde ao ângulo entre os cilindros hidráulicos de rotação (com a coluna na posição

vertical) e a horizontal.

PC = 275 kg corresponde ao peso da coluna.

ØgPF CC ⋅⋅= , (12)

)(sen1

)(sen)cos(FFF4

CyCxC

α−

α⋅α⋅== , (13)

)(sen1

)(cosFF4

2C

zCα−

α⋅= , (14)

Figura 7.6: Determinação do carregamento na base.

77

Fazendo o equilíbrio das forças e momentos da Figura 7.6 obtém-se

colunaR TT1= , (15)

colunayCR FFFy1y+= , (16)

2zCzR FFFFzcoluna1z++= , (17)

rot

CxyvCR l

hFMlFF colunacolunax

2x

⋅++⋅= , (18)

colunax2x1x xCRR FFFF −−= , (19)

CyvCxR hFlFMMcolunaycoluna1x

⋅+⋅+= . (20)

Por fim, para determinar as forças a aplicar sobre a base, tem-se que

2/FF2xR2x −= , (21)

)tan(FF 2x2z θ⋅= , (22)

m/)T(2/FF 1R1Rx3x −−−= , (23)

)m/M(2/FF 1Rx1Rz3z −+−= , (24)

m/)T(2/FF 1R1Rx4x −+−= , (25)

)m/M(2/FF 1Rx1Rz4z −−−= , (26)

1Ry4y FF −= . (27)

Figura 7.7: Condições de fronteira da base.

78

8. ANEXO B – Desenhos Técnicos

Desenhos Técnicos

ISTDesenho de Conjunto

Ambop

Desenhado 29-10-2007 João Read

1:25Plataforma Elevatória e

Basculante de Veículos Ligeirosem Fim de Vida

LISTA DE PEÇASNº NOME1 Base2 Coluna3 Suporte4 Tranca

1

2

3

4

A-A ( 1 : 25 )

( 1 :50 )

ISTBase

Ambop


AA



2440 970

1490

100

205

260

2190

930

1120

Lista de PeçasNº Descrição Comprimento Quant. Material Designação1 Tubo TPS Quadrangular 2440 2 S 355 J2 H EN 10210-1 200×14 2 Tubo TPS Quadrangular 480 2 S 355 J2 H EN 10210-1 200×143 Tubo TPS Quadrangular 1930 2 S 355 J2 H EN 10210-1 200×144 Tubo TPS Quadrangular 930 1 S 355 J2 H EN 10210-1 200×145 Tubo TPS Quadrangular 530 1 S 355 J2 H EN 10210-1 200×146 Tubo TPS Quadrangular 122,5 2 S 355 J2 H EN 10210-1 200×14

1

2

3

4

5 6

( 1 :50 )

ISTColuna

Ambop




2950

150

Lista de PeçasNº Descrição Comprimento Quant. Material Designação1 HEM 200 3100 1 S 355 J2G3 DIN 1025-2

1

( 1 :50 )

ISTSuporte

Ambop




1420

1114

1000

Lista de PeçasNº Descrição Comprimento Quant. Material Designação1 HEM 140 2050 2 S 355 J2G3 DIN 1025-22 Tupo TPS Quadrangular 1160 2 S 355 J2 H EN 10210-1 160×143 Tubo TPS Quadrangular 577,5 2 S 355 J2 H EN 10210-1 160×144 HEB 120 1120 1 S 355 J2G3 DIN 1025-2

1

2

4

3

577,5407,5

( 1 : 10 )

ISTTranca

Ambop




Lista de PeçasNº Descrição Comprimento Quant. Material Designação

1 Tubo TPS Rectangular 1000 1 S 355 J2 HEN 10210-1 120×60×12

1

tese jr 21 11 2007 pos def - fenix.tecnico.ulisboa.pt · este relatório apresenta o trabalho...

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