Circuito de acionamento do cilindro hidráulico

Para melhor entendimento, os circuitos hidráulicos original e atual do sistema de acionamento do cilindro hidráulico são apresentados na Fig. 3.22.

Figura 3.22: Circuito original e atual do sistema de acionamento do cilindro hidráulico.

II.1. Válvulas limitadora de pressão e direcional proporcional do sistema de acionamento do cilindro hidráulico

As modificações no projeto do circuito de acionamento do cilindro hidráulico da UPPAX foram realizadas com o intuito de melhorar o controle de força e avanço e aumentar a capacidade de aplicação de carga do cilindro hidráulico. Anteriormente, o sistema hidráulico de força e avanço era controlado diretamente por apenas uma válvula direcional proporcional (Posição 7 da Fig. 3.22). A pressurização do sistema era realizada por uma válvula reguladora

de pressão de ajuste manual (Posição 6 da Fig. 3.22), montada à jusante da válvula direcional proporcional.

No novo projeto foi inserida uma válvula limitadora de pressão proporcional de acionamento direto (Posição “K” da Fig. 3.22). Essa válvula é acionada através de um solenóide proporcional, permitindo o ajuste automático da pressão através do sinal de comando elétrico. Assim, ajustes na pressão poderão ser realizadas de forma automática para realização das diferentes etapas operacionais da UPPAX.

A força requerida na haste hidráulica da UPPAX para a realização das etapas de usinagem (furação e fresamento) é muito inferior à força requerida para a etapa de preenchimento (processo de reparo de trincas). Com a válvula limitadora proporcional, a pressão será ajustada de acordo com a força necessária para execução de cada etapa operacional, reduzindo o consumo de energia elétrica, além de possibilitar uma despressurização da linha do sistema de força de forma gradativa e controlada.

Para o controle da velocidade de deslocamento da haste do cilindro hidráulico, foi utilizada a mesma especificação da válvula direcional proporcional do projeto hidráulico original (Posição 7 e “L” da Fig. 3.22), porém substituída por uma nova. A válvula permite o controle de pressão e vazão e, consequentemente, o controle da força atuante no eixo do cilindro de reparo da UPPAX. Por meio desta válvula é possível limitar a vazão máxima do fluido hidráulico, sendo possível através dela limitar a velocidade máxima de queima do pino consumível (Burn-off rate máxima), e limitar a velocidade de avanço das ferramentas de usinagem durante o processo de furação e fresamento.

A introdução da válvula limitadora de pressão proporcional permite controlar a força e o avanço do cilindro hidráulico da UPPAX de forma independente. Dessa forma, o controle de força passa a ser realizado através da válvula limitadora de pressão proporcional (Posição “K” da Fig. 3.22) e o controle de avanço passa a ser realizado através da válvula direcional proporcional (Posição “L” da Fig. 3.22). Além disso, com essa nova estrutura é possível controlar a pressão de alimentação do sistema em um nível que garante a segurança das ferramentas de usinagem, evitando que elas sejam danificadas.

II.2. Motobomba do circuito de acionamento do cilindro hidráulico

O cilindro hidráulico da UPPAX foi projetado para aplicar uma carga máxima no eixo de 40kN quando submetido a uma pressão de 20 MPa (200 bar). No circuito hidráulico original a pressão máxima era de 12 MPa (120 bar), insuficiente para gerar a carga de 40 kN.

Assim, foi realizada a substituição do conjunto motobomba do circuito de acionamento do cilindro hidráulico com o intuito de aumentar a pressão do sistema e, consequentemente, a capacidade de aplicação de força do cilindro de reparo da UPPAX. O conjunto motobomba (Posição “I” da Fig. 3.22) é capaz de gerar o dobro da potência hidráulica em relação ao original. Essa pressão foi calculada considerando as perdas de carga da válvula direcional proporcional, mangueiras e conexões, com importância de garantir a pressão no cilindro de 20 MPa (200 bar) e, consequentemente, a força de 40kN.

II.3. Válvula direcional para baixa velocidade de deslocamento do cilindro hidráulico da UPPAX

A velocidade de deslocamento do cilindro hidráulico e a rotação do motor hidráulico são os principais parâmetros a serem controlados para a realização das etapas de usinagem do furo cônico. Com os parâmetros de usinagem das ferramentas, foram realizados os cálculos das velocidades máximas de deslocamento do eixo da UPPAX, representadas na Tabela 3.3. Tabela 3.3: Velocidades máximas de deslocamento do eixo do cilindro de reparo da UPPAX para cada ferramenta de usinagem.

Ferramenta Avanço f [mm/rot] Rotação n [rpm] Velocidade de avanço Vf [mm/s]

Broca Metal Duro 0,14 1782 4,16

Broca Aço Rápido 0,07 1485 1,73

Fresa Metal Duro 0,14 1273 2,97

Fresa Aço Rápido 0,07 987 _1,15

Fresa de acabamento Superficial 0,1 5400 9 (Longitudinal) Como pode ser observado na Tabela 3.3, a fresa cônica de aço rápido é a ferramenta que limita a menor velocidade de deslocamento do êmbolo da UPPAX de 1,15 mm/s, essa velocidade deve ser controlada afim de não danificar a ferramenta durante o processo de

furação. Para obter esta velocidade no eixo da UPPAX é necessária uma vazão de óleo hidráulico de 0,1336 L/min, ou seja, aproximadamente 134 cm³/min.

Desconhecendo a capacidade de operar a válvula direcional proporcional (Posição “L” da

Fig. 3.22) na condição da mínima vazão desejada (_≈134 cm³/min), foi inserida no circuito uma

derivação no sentido de avanço do êmbolo, com a função de desviar parte do fluxo de óleo proveniente da bomba para o reservatório, proporcionando menor fluxo de óleo hidráulico no êmbolo da UPPAX. Com essa solução, torna-se possível obter maior controlabilidade da válvula direcional proporcional na condição de mínima velocidade de deslocamento requerida para o êmbolo da UPPAX.

Foi calculada a área transversal de um giclê instalado no bloco de válvulas, que proporciona a vazão mínima necessária para o desvio do fluxo de óleo hidráulico do circuito de avanço do êmbolo da UPPAX para o reservatório. O giclê foi instalado na posição “O” da Fig. 3.22.

No circuito de instalação do giclê foi inserida uma válvula direcional de acionamento elétrico (Posição “M” da Fig. 3.22) para a abertura e fechamento automático da passagem do fluxo de óleo hidráulico. A posição desta válvula é normal aberta, assim, durante a etapa de reparo por atrito, esta é acionada, bloqueando a passagem do fluxo de óleo pela derivação (giclê), fazendo com que todo o óleo bombeado possa ser direcionado no sentido de avanço do êmbolo da UPPAX. Uma válvula de retenção instalada no circuito à montante do giclê garante o escoamento do óleo hidráulico apenas em um sentido, impedindo qualquer refluxo quando a válvula direcional estiver desabilitada.