Projecto de uma plataforma elevatória e basculante de
veículos em fim de vida
- Estrutura metálica, sistema hidráulico e análise de custos
César Henrique Belo Blazer
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Mecânica
Júri
Presidente:
Doutor Nuno Manuel Mendes Maia
Orientador:
Coorientador:
Doutor Luís Filipe Galrão dos Reis
Doutor Miguel António Lopes de Matos Neves
Vogal:
Doutora Virgínia Isabel Monteiro Nabais Infante
Vogal:
Engenheiro Pedro Queiroga Ramos Nazareth
i
Agradecimentos
Gostaria de agradecer aos orientadores do projecto, Professor Miguel Neves e Professor Luís Reis, pela disponibilidade, apoio e atenção demonstradas durante todo o projecto.
Ao Engenheiro Pedro Nazareth pela ajuda e interesse no actual projecto e pela oportunidade de emprego facultada.
Os meus agradecimentos ao Engenheiro Carlos Marques da empresa Gustavo Cudell e ao Sérgio Pereira da empresa Metaforos.
Aos meus pais, pelo que me proporcionaram ao longo do curso e acima de tudo por todas as oportunidades criadas ao longo da vida.
ii
Resumo
O crescente aumento do número de veículos em fim de vida que seguem para abate e a implementação de legislação para a separação de resíduos provenientes destes veículos, proporcionou a criação de um mercado para sistemas que permitam um desmantelamento mais rápido e cómodo de veículos em fim de vida.
É com o surgimento deste mercado que a Ambop – Soluções Ambientais, pretende o projecto e respectivo fabrico de uma Plataforma Elevatória e Basculante de Veículos em Fim de Vida. Pretende-se que esta plataforma permita a elevação e rotação a 90º do veículo através de um sistema hidráulico, tornando-a numa forte concorrente à única plataforma deste tipo existente no mercado.
Através de Projecto Mecânico procede-se à escolha dos diferentes componentes da estrutura metálica e do sistema hidráulico de acordo com as cargas e movimentos pretendidos para a plataforma. No projecto são tidas em atenção as Normas Europeias respeitantes a Elevadores de Veículos de forma a tornar a plataforma comercializável.
São apresentadas as especificações do material necessário ao fabrico assim como os respectivos custos previstos para a Plataforma.
Palavras Chave:
Veículos em fim de vida, Plataforma Elevatória e Basculante, Estrutura Metálica, Sistema Hidráulico, Fabrico, Custos.iii
Abstract
Given the growing number of vehicles on end of life going to slaughter and the implementation of legislation for the separation of waste from these vehicles, borns a market for systems that allow a faster and convenient dismantling of vehicles wreck.
It is with the emergence of this market that the company Ambop - Environmental Solutions, wants the creation and production of a Elevatory and Tilting Platform of End of Life Vehicles. It is intended that this platform allows the elevation and rotation of 90º of the vehicle by a hydraulic system, making it a strong competitor to the single platform of this kind on the market.
Through mechanical project it is proceed to the selection of the various components of the steel structure and the hydraulic system in accordance with the loads and movements required for the platform. In the project are taken into account the European standards relating to Elevators of vehicles to make the platform marketable.
Are presented the specifications of the equipment needed to manufacture the platform as well as their estimated costs.
Keywords
: End of live vehicles, Elevatory and Tilting Platform, Metal Structure, Hydraulic System, Manufacturing, Costs.iv
Índice
Agradecimentos………...… I
Resumo………. Ii
Abstract………. Iii
Lista de Figuras………... Vii
Lista de Tabelas………...………... Ix
Nomenclatura………... X
1. Memória descritiva e justificativa………..………... 1
1.1 Enquadramento e motivação do problema………... 1
1.2 Objectivos………... 4
1.3 Conceito e modificações à plataforma desenvolvida em 2008……….. 4
1.4 Apresentação da plataforma proposta em 2008……….. 5
1.4.1 Componentes da Plataforma………... 5 1.4.2 Funcionamento da plataforma………. 6 1.5 Especificações do projecto………. 8 1.5.1 Requisitos…..………. 8 1.5.2 Constrangimentos………. 9 1.6 Normas e regulamentação………...………...……… 10 1.7 Solução proposta em 2008……….. 11
1.8 Processos de fabrico e montagem da plataforma……… 15
1.9 Custos da plataforma……….. 16
1.9.1 Custo da estrutura metálica………... 16
1.9.2 Custos do sistema hidráulico..……….. 16
2. Notas de cálculo……….………. 18
2.1 Apresentação da plataforma proposta em 2008…..……….……… 18
2.1.1 Componentes da Plataforma………..……….... 20
2.2.2 Funcionamento da plataforma………..……….. 22
2.2 Especificações do projecto………..……….……….. 22
2.2.1 Requisitos….……….. 23
2.2.2 Constrangimentos………...…….. 24
2.3 Propriedades dos elementos constituintes……… 24
2.4 Distribuição de forças sobre a plataforma e vínculos……….. 25
2.5 Critérios de falha………. 27
2.6 Nota de cálculo de verificação da resistência dos Braços do Suporte (#1)………. 29
2.7 Nota de cálculo de verificação da resistência das Colunas do Suporte (#2) e Vigas do Suporte (#3)……….……….. 30
2.8 Nota de cálculo de verificação da resistência da Coluna Principal (#4)……… 35
v
2.10 Nota de cálculo de verificação da resistência da Tranca (#6)……….. 43
2.11 Nota de cálculo de verificação da resistência da Base (#7)………. 45
2.12 Nota de cálculo de pré dimensionamento do sistema hidráulico………. 47
2.12.1 Nota de cálculo do cilindro de accionamento da rotação da Coluna Principal (#8). 47 2.12.2 Nota de cálculo do cilindro de elevação do suporte (#9)……….. 58
2.12.3 Nota de cálculo do cilindro de accionamento da Tranca (#10)……… 59
2.12.4 Nota de cálculo de pré escolha dos componentes do sistema hidráulico…………. 61
A. Cilindros hidráulicos………. 61
B. Bomba……….. 69
C. Motor………. 69
D. Reservatório de óleo……….. 70
E. Tubulação………. 70
F. Válvulas e outros componentes……… 71
3. Possíveis modificações e desenvolvimentos futuros….………...….. 72
4. Referências……….………..…...……….. 74
5. Anexos………...……….……… 76
vi
Lista de Figuras
Figura 1.1 – Fotografia do depósito de veículos de um Centro de Reciclagem de VFV ...1
Figura 1.2 - a) Veículo elevado, b) veículo rodado de 90º, [3] ...2
Figura 1.3 - a) Plataforma da LSD na vertical, b) plataforma da LSD na horizontal ...3
Figura 1.4 - Plataforma desenvolvida em 2007, [2] ...4
Figura 1.5 – Componentes da plataforma de VFV ...5
Figura 1.6 - Parte anterior da Plataforma de VFV ...6
Figura 1.7 - a) suporte à altura mínima do solo, b) suporte elevado ...7
Figura 1.8 - a) Início da rotação, b) plataforma a 90º ...7
Figura 1.9 – Rolamento solidário com o Suporte a rolar entre as abas da Coluna ...8
Figura 1.10 - Solução proposta em 2008 ... 11
Figura 1.11 - Central hidráulica e Plataforma da LSD ... 12
Figura 2.1 - Plataforma proposta 2008: a) lado direito e b) lado esquerdo ... 18
Figura 2.2 - a) Ligação do cilindro de rotação à Coluna Principal; b)Ligação da Coluna Principal à Base; c) Cilindro de accionamento da Tranca; d) Ligações dos cilindros de rotação e de elevação. .. 20
Figura 2.3 -Suporte elevado ... 21
Figura 2.4 – Plataforma rodada de 90º ... 21
Figura 2.5 - a) Secção rectangular, b) Secção em I, c) Secção quadrada, d) secção circular ... 24
Figura 2.6 – Distribuição de Forças segundo EN 1493:2000 ... 25
Figura 2.7 – Distribuição de forças na plataforma ... 27
Figura 2.8- (a) Representação do braço de suporte e forças aplicadas, (b) dimensões da secção transversal ... 29
Figura 2.9 – Distribuição de esforços e medidas do Suporte ... 30
Figura 2.10 - Diagrama de esforços para o lado mais carregado do Suporte ... 31
Figura 2.11 - Secção Transversal das Colunas e Vigas do Suporte ... 31
Figura 2.12 - Secção transversal das Vigas de Suporte ... 33
Figura 2.13 - Vista lateral do Suporte com distribuição de forças ... 35
Figura 2.14 - Vista frontal do suporte com distribuição de forças ... 36
Figura 2.15 - Secção transversal da Coluna com indicação do ponto crítico, A ... 37
Figura 2.16 - Plataforma a 90º com distribuição de forças ... 37
Figura 2.17 - Reacções nos apoios e peso do veículo ... 39
Figura 2.18 - a) Pino de rotação com força de esmagamento, b) área sujeita a esmagamento ... 40
Figura 2.19 - Aplicação das forças no Pino de Rotação ... 41
Figura 2.20 - Diagrama de esforços no pino de rotação ... 41
Figura 2.21 - Ilustração da pior situação de carregamento na Tranca ... 43
Figura 2.22 - Secção transversal da Tranca ... 43
Figura 2.23 - Situação de carregamento crítica na Base ... 45
Figura 2.24 - Secção transversal da Base ... 45
Figura 2.25 – Pormenor das ligações Coluna-Base representando o cilindro de rotação ... 47
vii
Figura 2.27 – Variáveis da força de rotação ... 48
Figura 2.28 – Indicação das variáveis a) coluna na vertical, b) coluna na horizontal ... 49
Figura 2.29 - Esquema das variáveis necessárias à rotação com a coluna na vertical e na horizontal ... 49
Figura 2.30 - Esquema para cálculo de Ymax: a) plataforma na vertical, b) plataforma na horizontal . 51 Figura 2.31 - Sistema hidráulico com camisas sobrepostas a) vista lateral, b) vista de cima ... 52
Figura 2.32 – Variação da força com a Altura do Pino de Rotação ... 53
Figura 2.33 - Medidas relevantes para o cálculo da altura média hmed ... 53
Figura 2.34 - Variação da força com a altura de fixação da rótula na Coluna Principal ... 54
Figura 2.35 - Variação da força necessária para rotação com o comprimento da ligação ... 55
Figura 2.36 - Variáveis de ligação do cilindro de rotação ... 56
Figura 2.37 – Ligações dos cilindros sobrepostos da empresa LSD ... 57
Figura 2.38 - Linha de força e desvio do ponto de rotação ... 57
Figura 2.39 - Cilindro de elevação e ligações à Plataforma ... 58
Figura 2.40 - Altura máxima da parte inferior do veículo ... 59
Figura 2.41 - Pior situação de funcionamento do cilindro de accionamento da Tranca ... 60
Figura 2.42 - Distâncias da Tranca à base do veículo, a) distância máxima, b) distância mínima ... 61
Figura 2.43 - Gráfico para escolha de hastes, [12]... 62
Figura 2.44 - a) Tipo de fixação dos cilindros, b) encurvadura da ligação ... 63
Figura 2.45 - Valor de l para o cálculo de sk ... 64
Figura 2.46 – Esquema considerado para o cálculo das velocidades durante a rotação ... 65 Figura 2.47 - Variáveis para cálculo de pressão e caudal em cada secção do cilindro hidráulico, [12] 67
viii
Lista de Tabelas
Tabela 1.1 Principais características da Plataforma da LSD, fonte [3]...3
Tabela 1.2 – Componentes da estrutura metálica ... 13
Tabela 1.3 - Principais componentes do sistema hidráulico ... 13
Tabela 1.4 - Principais características da Plataforma ... 14
Tabela 1.5 - Elementos e custos da estrutura metálica ... 16
Tabela 1.6 - Cilindros hidráulicos da Plataforma ... 16
Tabela 1.7 - Componentes e Custo da Unidade Hidráulica ... 17
Tabela 2.1 - Propriedades do aço FeE355, fonte [5] ... 24
Tabela 2.2 - Propriedades dos componentes da Plataforma, fonte [8] ... 25
Tabela 2.3 - Valores das Forças previstas pela EN1493:2000 [5] ... 26
Tabela 2.4 - Tensões para os diferentes elementos, fonte [10] ... 28
Tabela 2.5 - Variáveis da fixação dos cilindros de rotação optimizadas ... 56
Tabela 2.6 - Factores de curso [11] ... 62
Tabela 2.7 - Escolha das hastes e pistões... 63
Tabela 2.8 - Forças máximas à encurvadura ... 64
Tabela 2.9 – Valores das variáveis dos cilindros hidráulicos ... 68
Tabela 2.10 - Espessuras dos tubos dos cilindros ... 68
ix
Nomenclatura
η Rendimento
σ’ Tensão equivalente de Von Misses
σ Tensão normal
Tensão de corte θ Ângulo A Área Am Área média b Largura d Diâmetro D Diâmetro interior e Espessura EN European norm F Força h AlturaI Segundo momento de área
J Momento polar
l Distância
M Momento flector
n Coeficiente de segurança (estrutura metálica)
N Velocidade de rotação
p Pressão
P Potência, Peso
Q Caudal
r Raio
S Coeficiente de segurança (sistema hidráulico)
t Tempo
T Momento torsor
v Velocidade linear
V Esforço Transverso
VFV Veículo em fim de vida W Velocidade angular
1
1. Memória descritiva e justificativa
Nesta memória descritiva apresenta-se o enquadramento e descrição do problema a resolver. São apresentadas as especificações, normas a seguir e uma breve referência a estudos anteriores relativos ao projecto em questão. È apresentada a solução proposta para a Plataforma Elevatória e Basculante de Veículos em Fim de Vida.
1.1 Enquadramento e motivação
Desde o início da Revolução Industrial que a competitividade entre as indústrias obrigou a uma produção cada vez em maior escala originando índices de poluição cada vez maiores. Tem havido algum consenso e recebido a atenção de alguns cientistas o facto de estes índices estarem associados a alterações no clima do planeta. Foram longos os anos em que a única preocupação das indústrias foi a busca de uma maior produtividade, não olhando a meios humanos nem, meios ambientais, constituindo estes últimos um problema verdadeiramente prioritário.
Um dos factores para o aumento dos níveis de poluição é o aumento dos meios de transportes, que se tornaram uma necessidade essencial à vida de grande parte da população mundial. São milhões de veículos a circular a cada instante, obrigando à combustão de quantidades exorbitantes de combustíveis e consequentemente libertando toneladas de gases poluentes para a atmosfera. É importante que se diminua o tão conhecido efeito de estufa e, uma das formas de atingir esse objectivo é a diminuição dos gases libertados pelos veículos automóveis. Contudo, não é só através da redução da queima de combustível, na utilização de biodiesel, ou na utilização de outras formas de energia que se podem minimizar os danos causados pelos transportes ao meio ambiente. O facto de existirem milhões de veículos torna óbvio que o investimento na reciclagem de veículos em fim de vida (VFV) seja de notória importância. Na Figura 1.1 mostra-se um centro de reciclagem em Portugal (Ecometais), ilustrando a elevada quantidade de veículos abatidos diariamente.
2
Segundo dados da Comissão Europeia [1], na União Europeia são eliminados anualmente entre 8 a 9 milhões de veículos, criando cerca de 2 milhões de toneladas de materiais não metálicos que não sendo devidamente reciclados serão depositados em lixeiras, prejudicando, ainda mais, o nosso meio ambiente.
Têm havido desenvolvimentos na legislação ambiental europeia no que diz respeito aos métodos de reciclagem e, no que diz respeito à motivação deste projecto, legislação para a despoluição de VFV.
Os proprietários de veículos em fim de vida, residentes na Comunidade Europeia, podem agora ceder gratuitamente os seus veículos para abate em centros de reciclagem, reciclagem esta que duplicou em Portugal no ano de 2007. Os centros de reciclagem de veículos têm, obrigatoriamente, de seguir a legislação em vigor, nomeadamente a Directiva 2000/53/CE [2], de 18 de Setembro de 2000, (modificada para 2002/525/CE, 2005/438/CE, 2005/673/CE e 2008/33/CE) e válida para os países da Comunidade Europeia, tendo por objectivo legislar a separação e gestão de resíduos provenientes de veículos em fim de vida.
Sendo necessário efectuar grande parte da despoluição na parte inferior dos veículos, como é o caso da remoção do catalisador ou de óleos (transmissão, caixa de velocidades, motor), a empresa Ambop – Soluções Ambientais pretende fabricar e comercializar uma plataforma que permita a elevação e rotação a 90º do veículo a despoluir como se ilustra na Figura 1.2.
a) b)
Desta forma, pretende-se diminuir o tempo de despoluição por veículo e o recurso a mão-de-obra, permitindo um mais fácil acesso à parte inferior dos veículos, quer pela elevação destes, quer pela sua rotação de 90º, tornando o fundo do carro de mais fácil alcance pelo operário.
Existe apenas uma plataforma, fabricada pela empresa LSD [3], que realiza este trabalho e que é concorrente à plataforma a desenvolver neste projecto. Tendo-se como ponto de partida essa plataforma já existente, o objectivo do trabalho é melhorar alguns dos seus aspectos de funcionamento, que dessa forma permita criar uma forte concorrente à única plataforma deste tipo existente no mercado.
3
De acordo com as patentes existentes, os produtos da concorrência e com as especificações definidas pela empresa Ambop, a configuração da plataforma a fabricar resultou do trabalho desenvolvido por Read [4], a qual é apresentada na secção 1.3 deste trabalho. Foi a partir desta definição da configuração da plataforma que todo este projecto foi desenvolvido. Na Figura 1.3 a) mostra-se a plataforma já existente no mercado na posição vertical e na Figura 1.3 b) a mesma plataforma na horizontal.
a) b)
b)
As principais características da plataforma da LSD são apresentadas na Tabela 1.1.
Tabela 1.1 Principais características da Plataforma da LSD, [3]
Plataforma da LSD
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 máxima da plataforma ( a 90º) 4325 mm
Largura da plataforma 1200 mm
Potência do sistema hidráulico 5,8 KW Todos os movimentos actuados por sistema hidráulico Não Necessita de fundações no solo Sim Preço (venda ao público) € 20840
4
1.2 Objectivos
De acordo com o referido na secção anterior, tendo então sido definido o conceito da plataforma a comercializar pela empresa Ambop, os objectivos deste trabalho são os seguintes:
1- Dimensionamento da estrutura metálica;
2- Dimensionamento do sistema hidráulico de accionamento da plataforma basculante; 3- Breve estudo dos processos de fabrico;
4- Análise económica do custo de fabrico da plataforma.
1.3 Conceito e modificações à plataforma desenvolvida em 2007
Uma modificação a fazer relativamente à plataforma desenvolvida em 2007 e ilustrada pela Figura 1.4, é o sistema de funcionamento da tranca (#1). A tranca pode funcionar ao longo da Coluna Principal (#5), não sendo necessário neste caso a existência de uma guia específica (#2) para a tranca, diminuindo-se assim o número de componentes da plataforma e consequentemente o número de uniões soldadas. De referir também que para o caso da plataforma desenvolvida em 2007 verificamos que a Guia da Tranca (#2) não respeita o critério de segurança imposto pela EN 1493:1998 [5]. Para além disso pode-se colocar uma travessa no suporte (#3), que o reforçará, e servirá de viga de fixação ao cilindro que controla o movimento da tranca. O esquema para o novo conceito da plataforma é o apresentado na Figura 1.5, secção 1.4.
5
1.4 Apresentação da configuração da plataforma proposta em 2008
1.4.1 Componentes da plataforma
A plataforma a projectar é apresentada na Figura 1.5 e tem como objectivo prioritário permitir o fácil acesso à parte inferior do veículo, de forma a tornar mais rápida e cómoda a separação dos diferentes resíduos aí existentes. O acesso à parte inferior do veículo é proporcionado através da sua elevação, como ilustrado pela Figura 1.7 ou da sua rotação a 90º, como na Figura 1.8. Pretende-se que todos os movimentos realizados pela plataforma sejam accionados por meio de um sistema hidráulico e haja independência entre os diferentes movimentos.
Relativamente à figura 1.5 tem-se:
1 – Suporte: estrutura em que o veículo é acomodado;
2 – Tranca: ao ficar apertado entre o suporte e a tranca, o veículo fica impedido de rolar, quando a plataforma se encontra a 90º;
3 – Coluna principal: através da qual o veículo é guiado para cima ou para baixo na plataforma; Figura 1.5 – Componentes da plataforma de VFV
6
4 – Base: terá de permitir um auto-sustentamento da plataforma e a ela estarão ligados os cilindros hidráulicos que permitem os movimentos de rotação e elevação do veículo;
5 – Cilindro hidráulico de elevação: fornece a força necessária ao movimento do dispositivo de suporte do veículo:
6 – Cilindro hidráulico de accionamento da tranca: fornece a força necessária para trancar o veículo entre o suporte e a tranca;
7 – Cilindro hidráulico de rotação: fornece a força necessária para a viga de suporte rodar em torno do pino de rotação, permitindo desta forma que o fundo do carro fique virado para o operário; 8 – Pino de rotação: pino através do qual é possível a rotação de 90º da viga de suporte, rotação
ilustrada pela Figura 1.8;
Na figura 1.6 apresenta-se a imagem do lado anterior da plataforma e onde são visíveis as ligações dos olhais dos cilindros hidráulicos à estrutura metálica e a ligação do Pino de Rotação.
Figura 1.6 - Parte anterior da Plataforma de VFV
1.4.2 Funcionamento da plataforma
O veículo é colocado no Suporte (nº 1 da Fig. 1.5) da Plataforma. A elevação do Suporte é efectuada através de um cilindro hidráulico (nº5 da Fig 1.5, podendo a parte inferior do veículo ficar a uma altura máxima de 2,1 metros. Durante o movimento de elevação o Suporte é guiado ao longo da Coluna Principal (nº 3 da Fig. 1.5). A sequência do movimento de elevação é ilustrada pela Figura 1.7.
7
a) b)
Para se efectuar o movimento de rotação do veículo é necessário que o Suporte esteja na posição mais baixa possível e que a Tranca (nº 2 da Fig 1.5) exerça pressão sobre o veículo de forma a que este não tombe durante a rotação. A tranca é guiada ao longo da Coluna Principal e o seu movimento é efectuado a partir do Cilindro Hidráulico de Accionamento da Tranca (nº6 da Fig 1.5). Estando o veículo acondicionado entre a Tranca e o Suporte dá-se início ao movimento de rotação através do Cilindro Hidráulico de Rotação (nº7 da Fig 1.5) que se encontra fixado na Coluna Principal e na Base (nº4 da Fig 1.5). A Rotação máxima é de 90º ficando a parte inferior do veículo de frente para o operário como se ilustra na Figura 1.8 b).
a) b)
Figura 1.7 - a) suporte à altura mínima do solo, b) suporte elevado
8
O Suporte e a Tranca movimentam-se ao longo da Coluna principal através de rolamentos solidários com as abraçadeiras do Suporte e da Tranca e que rolam entre as abas da coluna. Para comparação, apresenta-se na Figura 1.9 os rolamentos para movimentação do Suporte da Plataforma da empresa LSD.
Figura 1.9 – Rolamento solidário com o Suporte a rolar entre as abas da Coluna
1.5 Especificações do Projecto
A empresa Ambop estabeleceu as especificações para a plataforma a projectar, aumentando as suas capacidades e facilidade de utilização, de forma a ser uma forte concorrente à plataforma já existente no mercado e fabricada pela empresa LSD. Os requisitos e constrangimentos considerados para a fase de projecto e são os seguintes.
1.5.1 Requisitos
R 1 – A plataforma é auto-sustentável, ou seja, a ligação aparafusada de fixação ao solo não deve transmitir esforços;
R 2 – Pretende-se que o fabrico seja realizado numa empresa metalomecânica comum que trabalha em parceria com a Ambop;
R 3 – A plataforma poderá funcionar ao ar livre, tendo em atenção a força devida ao vento, sendo as velocidades máximas deste definidas pela norma EN 1493:2000 [5];
(NOTA: no caso da plataforma funcionar ao ar livre poderá significar um maior cuidado com os revestimentos, estanquicidade e sobrespessura de corrosão.)
R 4 – Carga máxima possível de 2500 Kg, aumentando em 500 Kg a carga permitida em relação à plataforma da empresa LSD e abrangendo, desta forma, uma maior gama de veículos;
9
R 5 – Altura de elevação máxima de 2,1 m, permitindo assim que os operários possam trabalhar de forma confortável, quando o veículo estiver na posição elevada;
R 6 – Inclinação do veículo de 90º, para garantir que, após a rotação da plataforma, o fundo do veículo fique de frente para o operário;
R 7 – A plataforma poderá funcionar num piso com uma inclinação máxima de 5º;
R 8 – Todos os movimentos são accionados por meio de um sistema hidráulico, incluindo o da tranca, permitindo desta forma, um menor recurso possível a mão-de-obra e um aumento na cadência de produção. O dimensionamento do sistema hidráulico é um dos objectivos deste projecto;
R 9 – A tranca deverá ter um comprimento de 1 metro, de forma a garantir um comprimento de encosto ao veículo aceitável e assim impedir que o veículo rode quando a plataforma está a 90º;
R 10 – Comprimento dos braços de suporte de 2,05 m. Este comprimento garante que os braços do suporte serão sempre maiores que a máxima largura dos veículos aos quais se destinam a plataforma;
R 11 – Altura máxima do veículo de 2,3 m. É a altura máxima encontrada em veículos possíveis de uso na plataforma e, desta altura, dependerá a distância máxima entre os braços de suporte e a tranca;
R 12 – Altura mínima dos veículos de 1,4 m. È uma medida estimada, devido ao mau estado de alguns veículos a despoluir, e desta medida depende a distância mínima entre a tranca e os braços de suporte;
R 13 – Distância entre os braços de suporte de 1,1 m, garantindo assim, que a largura dos braços da empilhadora que carrega a plataforma não coincide com a largura dos braços de suporte da plataforma.
R 14 – Tempo de rotação máximo para a plataforma de 40 segundos.
1.5.2 Constrangimentos do Projecto:
C 1 – A velocidade máxima de subida/descida da plataforma é de 0,15 m/s [5];
C 2 – A velocidade máxima de rotação, medida no ponto mais afastado do ponto de rotação é de 0,10 m/s [5];
10
(NOTA: Se esta velocidade implicar que não se respeite o requisito 14 ter-se-á preferência pelo requisito 14)
C 3 – Os cilindros hidráulicos, canalizações rígidas e as suas ligações, devem ser concebidos para resistirem, sem deformação permanente, pelo menos a duas vezes a pressão máxima fornecida pela válvula limitadora de pressão [5];
C 4 – 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 [5];
C 5 – Altura mínima dos apoios ao solo de 300mm, para que as rodas do veículo fiquem a alguma distância do chão e assim não dificultarem a rotação da plataforma;
C 6 – Utilizar elementos normalizados disponíveis no mercado.
1.6 Normas e regulamentação
A directiva a seguir neste projecto é a Directiva Máquinas 2006/42/CE [6] de 17 de Maio de 2006, transposta no DL 103/2008 do DR 120 Série I, 2008/06/24 que altera a Directiva 96/16/EC. Esta directiva tem como função promover e normalizar as questões de segurança nas máquinas, principalmente na fase de projecto, estabelecendo um conjunto de normas a seguir, sendo, portanto, destinada a fabricantes e comerciantes de maquinaria. A plataforma a projectar enquadra-se numa das categorias da Directiva que diz respeito a “Plataforma Elevatórias para Veículos”.
De acordo com o estudo de Read [4] a norma listada na Directiva Máquinas 2006/42/CE [6] e que se adequa ao projecto a elaborar, será a norma EN 1493:2000, “Elevadores de Veículos” [5]. Ao longo deste trabalho e consoante seja necessário para a elaboração do projecto da plataforma, serão mencionados os constrangimentos referenciados na norma EN 1493:2000, não sendo, por conseguinte adequado enumerar neste ponto do trabalho, todos os critérios presentes na norma e necessários ao projecto. Ao seguir esta norma harmonizada com a Directiva Máquinas 2006/42/CE [6] na fase de projecto e fabrico, é cumprido o requisito de livre circulação e comercialização da plataforma nos países da Comunidade Europeia.
Uma outra norma a ter em conta é a norma EN 1050 “Safety of machinery – Principles for risk acessment” [7]. Nesta norma são tratados os aspectos que dizem respeito à segurança de máquinas, prevenção de acidentes e avaliação de possíveis riscos e diferentes tipos de lesões durante o manuseamento de máquinas.
Importa ainda referir que a Directiva que originou o mercado e, consequentemente, a ideia do fabrico e comercialização da plataforma por parte da Ambop – Soluções Ambientas foi a Directiva 2000/53/CE [1], do Parlamento Europeu e do Conselho de 18 de Setembro de 2000, relativa aos Veículos em Fim de Vida. Nesta directiva é indicado qual o tipo de instalações e equipamentos
11
necessários para o desmantelamento do veículo, sendo ainda indicado o modo como devem ser separados e armazenados os diferentes tipos de resíduos provenientes desse desmantelamento. Nesta directiva, são também indicadas quais as operações de tratamento a efectuar num veículo em fim de vida, entre as quais estão a remoção, recolha e armazenagem separada de baterias, combustível, óleo de transmissão, óleo de motor, líquidos de arrefecimento, fluido de travões, remoção de pneus e de vidros, entre outras operações.
São então estas operações a que as empresas de reciclagem de veículos em fim de vida se encontram obrigadas, que levaram ao nascimento de um mercado e consequentemente ao projecto da Plataforma Elevatória e Basculante para Veículos em Fim de Vida ao qual se dedica a presente dissertação.
1.7 Solução Proposta em 2008
De acordo com as especificações da empresa Ambop, as Normas Europeias e modo a tornar a plataforma em questão numa concorrente à plataforma existente no mercado, chegou-se então à solução proposta apresentada na Figura 1.10 e que foi já inicialmente descrita no item 1.4.
12
De seguida apresentam-se algumas considerações sobre decisões tomadas relativamente aos seus componentes.
Com a solução proposta aumenta-se a carga máxima de serviço de 2000 Kg para 2500 Kg relativamente à plataforma da LSD, abrangendo deste modo uma maior gama de veículos. Aumenta-se também a altura máxima de elevação do veículo de 2000mm para 2100mm.
Todos os movimentos, incluindo o da Tranca (ver nº2 da Fig. 1.5), são actuados através de um sistema hidráulico, não sendo portanto necessário a montagem da Tranca com cavilhas sempre que se pretenda fazer a rotação de um veículo, como é necessário no caso da Plataforma da LSD.
O sistema hidráulico funciona com electroválvulas, não sendo necessária a deslocação do operário à central de válvulas, manuais e podendo-se inclusivamente controlar os movimentos da plataforma a partir de um comando com ou sem fios que acompanha o operário. Na Figura 1.11 é visível a distância entre a central hidráulica e a Plataforma da LSD.
Figura 1.11 - Central hidráulica e Plataforma da LSD
A partir da programação das electroválvulas e de sensores de fim de curso, a Plataforma possui um sistema de segurança que só permite a rotação da plataforma quando o veículo se encontra na posição o mais próximo possível do solo.
13
A Plataforma é auto-sustentável, sendo a sua ligação aparafusada ao solo apenas para lhe garantir uma maior estabilidade. Não são portanto no caso geral necessárias fundações no solo para ligações da plataforma ao solo, fundações necessárias à Plataforma da LSD. Este facto torna também a Plataforma da Ambop de mais fácil mudança de local de funcionamento.
A plataforma pode inclusivamente funcionar ao ar livre, pois as eventuais forças provocadas pelo vento e previstas pelas normas estão contabilizadas na escolha dos componentes da plataforma. A estrutura metálica é pintada com tinta Epoxi, tinta plastificada tornando a plataforma resistente à humidade e fornecendo uma protecção anti-corrosiva. Nas zonas de encosto dos VFV (suporte da Plataforma) a estrutura metálica possui uma camada de borracha (a preto na Figura 1.10), que serve não só de protecção à estrutura metálica mas também para aumentar o atrito entre o VFV e a Plataforma, evitando movimentos do Veículo em relação à estrutura aquando da movimentação da Plataforma.
Visto que um dos requisitos da empresa Ambop é a escolha de elementos existentes no mercado, através das cargas de funcionamento previstas pela EN 1493:2000 [5] para a Plataforma e de acordo com o Catálogo da empresa CHAGAS [8], empresa portuguesa de produtos siderúrgicos, o material a empregar na plataforma é o Aço S355 J2H. Excepção para o pino de rotação e veios de ligação dos cilindros, que sendo elementos de órgãos de máquinas e segundo o Catálogo da Bohler Universal Afir [9], aços especiais e ferramentas, para cavilhas e veios de flexão o material a empregar será o aço BOZD, Din24CrMo6.
Os principais componentes da estrutura metálica e do sistema hidráulico são apresentados nas Tabelas 1.2 e 1.3
Tabela 1.2 – Componentes da estrutura metálica [8,9]
Componente Quantidade Material Referência Tratamento
Braço de Suporte 2 Aço S355 J2H HEB 160 Epóxi
Vigas do suporte 4 Aço S355 J2H Tubo TPS 150x14 Epóxi
Coluna principal 1 Aço S355 J2H HEM 220 Epóxi
Base 1 Aço S355 J2H Tubo TPS 180 x 12 Epóxi
Tranca 1 Aço S355 J2H Tubo TPS 120x60x12 Epóxi
Pino de rotação 1 BOZD R35 -
Abraçadeiras 2 Aço S355 J2H Chapa 20mm Epóxi
14
Tabela 1.3 - Principais componentes do sistema hidráulico
Componente Quantidade
Cilindro duplo efeito 80x45x510 com fixação por olhal na ponta da haste [14 ] 2
Cilindro duplo efeito 63x45x1000 com fixação por olhal na ponta da haste [14 ] 2
Cilindro duplo efeito 40x28x1200 com fixação por olhal e rótula [14 ] 1
Bomba de carretos SNP2/11 “SAUER” [14 ] 1
Motor eléctrico 7,5KW, 1500 r.p.m. B5 [14 ] 1
Na Tabela 1.4 é feito um resumo com as principais características da plataforma que podem ser comparadas com as da LSD da Tabela 1.1.
Tabela 1.4 - Principais características da Plataforma
Plataforma da Proposta 2008
Capacidade máxima de carga 2500 kg
Peso da plataforma 1515 kg
Altura de elevação máxima do veículo 2100 mm Ângulo de inclinação máximo do veículo 90º
Altura da plataforma 4400 mm
Profundidade máxima da plataforma (a 90º) 6585 mm
Largura da plataforma 1900 mm
Potência do sistema hidráulico 7,5 KW Todos os movimentos actuados por sistema hidráulico Sim
Necessita de fundações Não
Electroválvulas Sim
15
1.8 Processos de Fabrico e Montagem da Plataforma
Para a estrutura em questão e após apresentação do projecto à empresa Metaforos, optou-se por soldadura MIG, visto ser a soldadura que se adequa ao tipo de material de todos os componentes e que permite um custo mais baixo. Dada a elevada espessura dos elementos da Plataforma (chapas de 20 mm), o corte dos componentes será efectuado por Oxicorte.
O processo de fabrico para a plataforma é o seguinte:
1 – Corte por oxicorte de todos os componentes da plataforma de acordo com as dimensões estipuladas ( perfis, chapas, veios de fixação dos cilindros e pino de rotação)
2 – Corte por oxicorte do furo na Coluna Principal para encaixe do Pino de Rotação.
3 – Montagem da estrutura da Base da Plataforma, inclusive chapas para fixação de cilindros hidráulicos de rotação e chapas para suporte do Pino de rotação (ver Fig 1.5), através de soldadura MIG.
4 – Soldadura MIG das abas de fixação do cilindro hidráulico de rotação à Coluna Principal.
5 – Montagem da Coluna Principal na Base com encaixe do Pino de Rotação.
6 – Montagem das Abraçadeiras da Tranca e do Suporte (fabricadas em chapa de 20 mm) e respectivos veios para fixação dos cilindros hidráulicos através da soldadura a MIG
7 – Encaixe das abraçadeiras na Coluna Principal.
8 – Ligação dos componentes da estrutura do Suporte através de Soldadura MIG.
9 – Soldadura MIG do Suporte às Abraçadeiras do Suporte.
10 – Soldadura MIG da Tranca à Abraçadeira da Tranca.
11 – Abertura de rosca e aparafusamento da protecção de borracha ao Suporte da Plataforma e à Tranca com parafusos com cabeça de embeber para que fiquem à face da superfície de borracha. Estes elementos de borracha são visíveis a preto na Figura 1.10.
12 – Montagem dos cilindros hidráulicos, através do encaixe dos olhais das rótulas dos cilindros nos respectivos dispositivos de fixação dos cilindros hidráulicos que foram previamente soldados (pontos 3, 4 e 6).
16
1.9 Custos da plataforma
1.9.1 Custo da estrutura metálica
De acordo com as dimensões e número de elementos necessários, a quantidade de material metálico por plataforma é a apresentada na Tabela 1.5. O custo é apresentado tendo em conta a compra de material para uma única plataforma à empresa Metaforos. Contudo se se pretender a compra de material para várias plataformas, a requisição é feita à empresa de material metálico
Chagas [8], comprando-se vigas de 6 metros de cada elemento e baixando desta forma o custo por
plataforma.
Tabela 1.5 - Elementos e custos da estrutura metálica
Secção
Quantidade
[m]
Custo
[€/m]
Custo Total
[€]
HEB 160
4,5
65,83
296
Tubo TPS 150x14
4,6
83
382
Tubo TPS 180x12
10
112
1120
Tubo TPS 120x60x8
1
70
70
HEM 220
4,2
165
693
Veio R35
2
242,55
485
Chapa de 20 mm
2 [m
2]
210
420
Montagem, Soldadura e Pintura
1920
Custo Total da estrutura metálica
5386
1.9.2 Custo do sistema hidráulico
Os cilindros são escolhidos de acordo com as especificações da empresa Ambop e critérios de segurança impostos pelas normas a cumprir no projecto da plataforma. Os componentes apresentados têm as características que garantem os requisitos de funcionamento da plataforma e são seleccionados de forma a garantir o mais baixo custo possível.
As quantidades e custos associados aos componentes do Sistema Hidráulico são apresentados nas Tabelas 1.6 e 1.7.
Tabela 1.6 - Cilindros hidráulicos da Plataforma [14]
Elemento
Custo unitário
(€)
Quantidade
Custo total
(€)
Cilindro duplo efeito 80x45x510
650
2
1300
Cilindro duplo efeito 63x45x1000
740
2
1480
Cilindro duplo efeito 40x28x1200
610
1
610
17
Unidade Hidráulica 7,5 KW/116,5L/M/200/80L BAR “CUDELL” completamente montada e testada composta por:
Tabela 1.7 - Componentes e Custo da Unidade Hidráulica [14 ]
Elemento
Quantidade
Reservatório de óleo de 80 litros
1
Motor eléctrico 7,5 KW, 1500 rpm B5
1
Bomba de carretos SNP2/11 “SAUER”
1
Luneta de acoplamento Bomba/Motor eléctrico
1
União de veios Bomba/Motor eléctrico
1
Limitadora de Pressão EVSA064A061 “PARKER”
1
Bloco de válvulas 4xTN6 com limitadora
3
Distribuidor D1VW2ENJW 24V “PARKER”
1
Distribuidor D1VW4CNJW 24V “PARKER”
3
Válvula de retenção pilotada
1
Válvula reguladora de caudal Z2FS6-4X/2QV
3
Manómetro com Clicerina 0-250/63 N
1
Válvula isoladora de manómetro
1
Filtro de retorno com válvula de by-pass incorporada
1
Indicador de nível com termómetro
1
Filtro de enchimento
1
Válvula de sustentação de carga simples
2
Custo Total
€ 3190
Custo Total da Plataforma: € 11966
NOTA: A este custo não está associado o IVA, alterações da estrutura metálica para montagem de rolamentos, trabalhos de electricidade e montagem do sistema hidráulico.
18
2. Notas de Cálculo
Neste documento apresentam-se as notas de cálculo relativas ao projecto da Plataforma Elevatória e Basculante.
2.1 Apresentação da plataforma proposta em 2008
2.1.1 Componentes da plataforma
a)
b)
19 Relativamente à figura 2.1 tem-se:
1 – Braço do Suporte: viga na qual é apoiado o veículo;
2 – Coluna do Suporte: elementos do suporte aos quais os Braços de Suporte são soldados.
3 – Viga do Suporte: elemento do suporte que faz a ligação entre a estrutura de suporte de carga e a coluna principal.
4 – Coluna Principal: através da qual é feito o guiamento da estrutura de suporte para permitir a elevação do veículo. Na coluna principal encontram-se ainda acopladas as abas para ligação do cilindro de rotação.
5 – Pino de rotação: pino através do qual é possível a rotação de 90º da viga de suporte, rotação ilustrada pela Figura 2.2 b). É também no Pino de rotação que é feita a ligação de uma das rótulas do cilindro de elevação da plataforma. ;
6 – Tranca: ao ficar apertado entre o suporte e a tranca, o veículo fica impedido de rolar, quando a plataforma se encontra a 90º;
7 – Base: terá de permitir um auto-sustentamento da plataforma e a ela estarão ligados os cilindros hidráulicos que permitem os movimentos de rotação do veículo;
8 – Cilindro hidráulico de rotação: fornece a força necessária para a viga de suporte rodar em torno do pino de rotação, permitindo desta forma que o fundo do carro fique virado para o operário;
9 – Cilindro hidráulico de elevação: fornece a força necessária ao movimento do dispositivo de suporte do veículo:
10 – Cilindro hidráulico de accionamento da tranca: fornece a força necessária para trancar o veículo entre o suporte e a tranca;
11 – Abraçadeira da Tranca: ligação entre a Tranca e a Coluna Principal. Neste elemento estão acoplados os rolamentos para movimento da Tranca e um veio para ligação do cilindro hidráulico de accionamento da tranca;
12 – Abraçadeira Superior do Suporte: ligação entre o suporte e a Coluna Principal. A este elemento estão acoplados um veio para ligação do cilindro hidráulico de elevação e os rolamentos que permitem o movimento do Suporte ao longo da Coluna Principal;
20
13 – Abraçadeira Inferior do Suporte: ligação entre o suporte e a Coluna Principal, garantindo desta forma que existem dois apoios do suporte na Coluna (Abraçadeiras Superior e Inferior do suporte). È ainda neste elemento que está uma das ligações do cilindro de accionamento da Tranca, assegurando assim que a Tranca acompanha o movimento do Suporte.
Na Figura 2.2 são apresentados alguns pormenores importantes ao funcionamento da plataforma.
a) b)
c) d)
2.1.2 Funcionamento da plataforma
O veículo é colocado no Suporte da Plataforma. A elevação do Suporte , ilustrada pela figura2.3, é efectuada através de um cilindro hidráulico (nº9 da Fig 2.1), podendo a parte inferior do veículo ficar a uma altura máxima de 2,1 metros. Durante o movimento de elevação o Suporte é guiado ao longo da Coluna Principal (nº 4 da Fig. 2.1) através de rolamentos acoplados na Abraçadeira Superior do Suporte (nº12 da Fig 2.1) e na Abraçadeira Inferior do Suporte (nº13 da Fig 2.1)
Figura 2.2 - a) Ligação do cilindro de rotação à Coluna Principal; b)Ligação da Coluna Principal à Base; c) Cilindro de accionamento da Tranca; d) Ligações dos cilindros de rotação e de elevação.
21
Figura 2.3 -Suporte elevado
Para se efectuar o movimento de rotação do veículo é necessário que o Suporte esteja na posição mais baixa possível e que a Tranca (nº 6 da Fig 2.1) exerça pressão sobre o veículo de forma a que este não tombe durante a rotação. A tranca é guiada ao longo da Coluna Principal através de rolamentos fixos à Abraçadeira da Tranca (nº11 da Fig 2.1) e o seu movimento é efectuado a partir do Cilindro Hidráulico de Accionamento da Tranca (nº10 da Fig 2.1). Estando o veículo acondicionado entre a Tranca e o Suporte dá-se início ao movimento de rotação através do Cilindro Hidráulico de Rotação (nº8 da Fig 2.1) que se encontra fixado na Coluna Principal e na Base (nº7 da Fig 2.1). A Rotação máxima é de 90º ficando a parte inferior do veículo de frente para o operário como se ilustra na Figura 2.4.
22
2.2 Especificações do Projecto
A empresa Ambop estabeleceu as especificações para a plataforma a projectar, aumentando as suas capacidades e facilidade de utilização, de forma a ser uma forte concorrente à plataforma já existente no mercado e fabricada pela empresa LSD. Os requisitos e constrangimentos para a fase de projecto e são os seguintes.
2.2.1 Requisitos
R 1 – A plataforma é auto-sustentável, ou seja, a ligação aparafusada de fixação ao solo não deve transmitir esforços;
R 2 – Pretende-se que o fabrico seja realizado numa empresa metalomecânica comum que trabalha em parceria com a Ambop;
R 3 – A plataforma poderá funcionar ao ar livre, tendo em atenção a força devida ao vento, sendo as velocidades máximas deste definidas pela norma EN 1493:2000 [5];
(NOTA: no caso da plataforma funcionar ao ar livre poderá significar mais cuidado com os revestimentos, estanquicidade e sobreespessura de corrosão.)
R 4 – Carga máxima possível de 2500 Kg, aumentando em 500 Kg a carga permitida em relação à plataforma da empresa LSD e abrangendo, desta forma, uma maior gama de veículos;
R 5 – Altura de elevação máxima de 2,1 m, permitindo assim que os operários possam trabalhar de forma confortável, quando o veículo estiver na posição elevada;
R 6 – Inclinação do veículo de 90º, para garantir que, após a rotação da plataforma, o fundo do veículo fique de frente para o operário;
R 7 – A plataforma poderá funcionar num piso com uma inclinação máxima de 5º;
R 8 – Todos os movimentos são accionados por meio de um sistema hidráulico, incluindo o da tranca, permitindo desta forma, um menor recurso possível a mão-de-obra e um aumento na cadência de produção. O dimensionamento do sistema hidráulico é um dos objectivos deste projecto;
R 9 – A tranca deverá ter um comprimento de 1 metro, de forma a garantir um comprimento de encosto ao veículo aceitável e assim impedir que o veículo rode quando a plataforma está a 90º;
R 10 – Comprimento dos braços de suporte de 2,05 m. Este comprimento garante que os braços do suporte serão sempre maiores que a máxima largura dos veículos aos quais se destinam a plataforma;
23
R 11 – Altura máxima do veículo de 2,3 m. É a altura máxima encontrada em veículos possíveis de uso na plataforma e, desta altura, dependerá a distância máxima entre os braços de suporte e a tranca;
R 12 – Altura mínima dos veículos de 1,4 m. È uma medida estimada, devido ao mau estado de alguns veículos a despoluir, e desta medida depende a distância mínima entre a tranca e os braços de suporte;
R 13 – Distância entre os braços de suporte de 1,1 m, garantindo assim, que a largura dos braços da empilhadora que carrega a plataforma não coincide com a largura dos braços de suporte da plataforma.
R 14 – Tempo de rotação máximo para a plataforma de 40 segundos.
2.2.2 Constrangimentos do Projecto:
C 1 – A velocidade máxima de subida/descida da plataforma é de 0,15 m/s [5];
C 2 – A velocidade máxima de rotação, medida no ponto mais afastado do ponto de rotação é de 0,10 m/s [5];
(NOTA: Se esta velocidade implicar que não se respeite o requisito 14 ter-se-á preferência pelo requisito 14)
C 3 – Os cilindros hidráulicos, canalizações rígidas e as suas ligações, devem ser concebidos para resistirem, sem deformação permanente, pelo menos a duas vezes a pressão máxima fornecida pela válvula limitadora de pressão [5];
C 4 – 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 [5];
C 5 – Altura mínima dos apoios ao solo de 300mm, para que as rodas do veículo fiquem a alguma distância do chão e assim não dificultarem a rotação da plataforma;
24
2.3 Propriedades dos elementos constituintes
Sendo um dos requisitos da Ambop o fabrico da plataforma numa empresa metalomecânica e de forma a minimizar o custo da plataforma, os elementos constituintes serão sempre que possível elementos normalizados. A plataforma tem vigas em H, que respeitam a norma dimensional DIN 1025-2 [8], tubos de perfil rectangular e quadrangular segundo a Norma Dimensional EN 10210-1 [8] e perfis circulares que respeitam a norma DIN 24CrNiMo6 [9]. Estes perfis estão representados na Figura 2.5.
a) b) c) d)
O material a utilizar na estrutura metálica foi seleccionado tendo em conta o facto da plataforma ser fabricada numa metalomecânica comum. Foi escolhido de acordo com o Catálogo da empresa de produtos siderúrgicos CHAGAS [8] e é o FeE355. O material está de acordo com a norma EN10025:1990 sendo as suas propriedades também referidas na norma para elevadores de veículos EN1493:2000, anexo A [3], as quais são apresentadas na Tabela 2.1. Para os veios e cavilhas é empregue um aço especial, BOZD, com elevada resistência mecânica, boa soldabilidade e resistente à corrosão. É seleccionado de acordo com o Catálogo da empresa Bohler Universal Afir – Aços Especiais e Ferramentas [9].
Tabela 2.1 - Propriedades do aço FeE355, [5]
Faltam portanto as propriedades geométricas dos elementos constituintes da plataforma (ver Figura 2.1), as quais se apresentam na Tabela 2.2:
Tensão de cedência
σ
ced [MPa] Tensão de roturaσ
u [MPa] Módulo de elasticidadeE
[MPa] Módulo de corteG
[MPa] Coeficiente de Poissonν
FeE355
355 510 210000 80769 0,3BOZD
820 - - - -25
Tabela 2.2 - Propriedades dos componentes da Plataforma, [8]
Perfil Área [cm2] Ixx [cm4] Iyy [cm4] Altura (h) [mm] Largura (b) [mm] Braço (#1) HEB 160 54,3 2492 889 160 160 Coluna do Suporte (#2) 150 x 14 74,06 2241 2241 150 150 Viga de ligação (#3) 150 x 14 74,06 2241 2241 150 150
Coluna principal (#4) HEM 220 149,4 14600 5012 240 226
Pino Rot (#5) R35 38,48 117,9 117,9 - 450
Tranca (#6) 120x60x8 25,55 424,7 135,1 120 60
Base (#7) 180x12 79,09 3677 3677 180 180
Abraçadeiras (#11,12 e 13) Chapa 20mm - - - - -
2.4 Distribuição de forças sobre a plataforma e Vínculos
Como ponto de partida para a verificação da estrutura, seguiu-se a norma EN 1493:2000 [5]
ponto 5.6.4.2, que indica uma distribuição de cargas por eixo é de
P
2
3
eP
3
2
, sendoKg
P
2500
(1)a carga máxima para a plataforma. No mesmo ponto da norma é referido que esta carga é distribuída pelos quatro cantos de um rectângulo de dimensões 1,2m x 1,7m, situação ilustrada pela Figura 2.6.
2
2
3
P
F
2
3
2
P
F
2
3
2
P
F
1200A norma indica ainda várias combinações possíveis de carga EN 1493:2000 [5] ponto 5.6.3 , sendo o pior caso para a plataforma a projectar o caso B1, no qual se prevê que a plataforma está em
2
2
3
P
F
26
movimento, com a carga máxima e que existe força devida ao vento, factor proveniente da plataforma funcionar ao ar livre.
No que diz respeito ao movimento da plataforma, a força aplicada proveniente da carga máxima, tem de ser multiplicada por um coeficiente dinâmico(
), indicado pela EN 1493:2000 [5] ponto 5.6.2.1 c),como sendov
34
,
0
1
,
1
(2)em que
v
é a velocidade da plataforma. Tomando a velocidade da plataforma como a velocidade máxima prevista pela EN 1493:2000 [5] ponto 5.5.1,s
m
v
0
,
15
/
1
,
151
(3) Relativamente à força devida ao vento e prevista pela norma EN 1493:2000 [5] ponto5.6.2.2 a), a força do vento é deN
F
W
750
(4)com a direcção da base do veículo. Tem-se uma repartição da força pelos eixos de
6
,
0
1
WF
F
(5)4
,
0
2
WF
F
(6)Considerando g a aceleração da gravidade com um valor de
g
9
,
81
m
/
s
2 e as equações (3), (4), (5) e (6), as componentes das Forças e o seu valor total são apresentados a Tabela 2.3.Tabela 2.3 - Valores das Forças previstas pela EN1493:2000 [5]
)
(
F
N
g
P
F
9
,
81
1
,
151
21171
,
2
4
3
2
2
3
)
(
1
(7)N
g
P
F
2500
1
,
151
9409
,
4
3
1
2
3
2
)
(
2
(8) WF
N
F
F
W W225
2
6
,
0
750
2
6
,
0
1
(9)N
F
F
W W150
2
4
,
0
750
2
4
,
0
2
(10) totalF
N
F
F
F
1
1(
)
1W
21171
,
2
225
21396
,
2
(11)N
F
F
F
2
2(
)
2W
9409
,
4
150
9559
,
4
(12)27
Representando a resultante das forças de serviço previstas pela EN 1493:2000 [5] para a plataforma em estudo e colocando as Forças na extremidade dos Braços de Suporte, de forma a simular a pior situação de carregamento possível, a distribuição de forças na plataforma terá a disposição apresentada na Figura 2.7:
F
1F
1
F
2F
22.5 Critérios de falha
Segundo a EN 1493:2000 [5],
o critério a ter em conta para o cálculo das tensões é o Critério de Von Misses calculando as tensões com as cargas de serviço segundo a definição da norma:
n
ced adm yz xz xy z y z x y x
2
6
'
2 2 2 2 2 2 (13)De acordo com a EN 1493:2000 [5] Anexo A quadro A.2, a tensão equivalente, calculada para a combinação de cargas descrita em 2.4 e para a pior situação possível em cada componente da plataforma tem de respeitar sempre um coeficiente de segurança de
n
1
,
33
relativamente à tensão de cedência, σced.28
Cálculo de Tensões
Tabela 2.4 - Tensões para os diferentes elementos, [10]
Tendo agora o valor e posição das forças aplicadas, procede-se à verificação de cada componente:
Tensão normal
A
F
(14)Força normal
I
Mc
(15)Momento Flector
Tensão de corte
devida a esforço
transverso
almaA
F
max
(16)Secções em H
A
F
3
4
max
(17)Secções circulares maciças
Tensão de corte
devida a
momento torsor
t
A
T
m2
max
(18)Secções tubulares
J
t
T
max max.
(19)Secções maciças H
29
2.6 Nota de cálculo da verificação da resistência dos Braços de Suporte
(#1)
A pior situação possível ocorre para o braço mais carregado e quando a carga estiver o mais próximo possível da extremidade livre do braço de suporte como na Figura 2.8 a), provocando assim o maior momento flector possível na secção crítica.
1200 secção crítica A A
F
1F
1B
A
2125 (a) (b)A secção transversal tem os valores indicados na Tabela 2.2, página 26. Os valores de F1 são
os definidos na secção 2.4 naequação (11), F1=21396,2 N.
Momento Flector:
m
N
F
F
M
r
F
M
B.
65258
925
,
0
21396
125
,
2
2
,
21396
)
2
,
1
125
,
2
(
125
,
2
1 1
(20)Os pontos sobre a linha A-A encontram-se à tracção e a sua tensão devida ao momento flector é dada por:
MPa
I
Mc
xx zB209
,
5
10
2492
2
160
,
0
65258
8 -
(21)A Tensão devida ao Esforço Transverso no ponto A é dada por:
MPa
A
F
alma xy40
)
013
,
0
2
160
,
0
(
008
,
0
2
,
21396
2
2
1
(22) Da Equação 13:Figura 2.8- (a) Representação do braço de suporte e forças aplicadas, (b) dimensões da secção transversal
30
MPa
xy z B220
,
6
2
40
6
5
,
209
2
2
6
2
'
2 2 2 2
(23)Verifica-se para estes valores um coeficiente de segurança:
33
,
1
61
,
1
6
,
220
355
'
cedn
(24)Os braços de suporte, com secção HEB160 verificam o carregamento imposto pela norma EN 1493:1998 [3]
2.7 Nota de cálculo da verificação da resistência das Colunas do
Suporte (#2) e Vigas Do Suporte (#3)
Para a verificação da Coluna de Suporte, considera-se o lado da plataforma mais carregado e assume-se que as cargas F1 (aplicadas de acordo com a EN1493:2000 [5], nos cantos de um
rectângulo, tal como descrito na secção 2.4) se encontram o mais próximo possível da extremidade livre dos braços de suporte (ver Fig 2.5 a)) de forma a criar o maior Momento Flector na base da coluna, como na Figura 2.9.
31
Na Figura 2.10 apresenta-se o diagrama de esforços para o lado mais carregado da estrutura de Suporte, de acordo com a Figura 2.9. A azul e representado pela letra R estão representadas as reacções das Abraçadeiras do Suporte (#12 e #13 da Figura 2.1 b)).
Assumindo que os esforços de AB são suportados pela coluna BC, o momento flector transmitido à Coluna do Suporte (#2 da Fig. 2.1) é:
m
N
F
F
M
r
F
M
BC.
4
,
65258
)
925
,
0
125
,
2
(
2
,
21396
925
,
0
125
,
2
1 1
(25)Ao longo de BC o diagrama de momento flector e de força normal é constante.
Na figura 2.11 apresenta-se a secção transversal das Colunas de Suporte com a representação da linha A-A de tensão máxima, cujos valores são os indicados na Tabela 2.2 da página 26.
Figura 2.11 - Secção Transversal das Colunas e Vigas do Suporte Figura 2.10 - Diagrama de esforços para o lado mais carregado do Suporte
