Desenvolvimento de melhoria de produto: sistema de regulagem de peneira de colheitadeira

Texto

(1)1. UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DCEENG – Departamento de Ciências Exatas e Engenharias Curso de Engenharia Mecânica – Campus Panambi. EVANDRO BERTOLDI. DESENVOLVIMENTO DE MELHORIA DE PRODUTO: SISTEMA DE REGULAGEM DE PENEIRA DE COLHEITADEIRA. Panambi 2013.

(2) 2. EVANDRO BERTOLDI. DESENVOLVIMENTO DE MELHORIA DE PRODUTO: SISTEMA DE REGULAGEM DE PENEIRA DE COLHEITADEIRA. Trabalho de conclusão de curso apresentado à banca avaliadora do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico.. Banca Avaliadora: 1° Avaliador: Prof. Roger Schildt Hoffmann, M. Eng. 2° Avaliador (Orientador): Prof. Gil Eduardo Guimarães, Dr. Eng..

(3) 3. Aos meus pais Adilson José Bertoldi e Zeli Rosalia Bertoldi e à minha namorada Nara Liege Barbieri, pelo apoio e incentivo ao longo dessa caminhada, dedico-lhes essa conquista como gratidão..

(4) 4. AGRADECIMENTOS A Deus, pela vida e por me fortalecer nos momentos difíceis, não me deixando desistir dos meus objetivos. Aos meus pais Adilson José Bertoldi e Zeli Rosalia Bertoldi, à minha namorada Nara Liege Barbieri, irmão e amigos, pela palavra amiga, apoio e incentivo nos momentos de dificuldades ao longo dessa trajetória. À Unijuí e aos professores do Curso de Engenharia Mecânica, pelo suporte técnico e teórico que sempre colocaram a minha disposição para o aprendizado. Aos meus amigos e colegas engenheiros, Eloir Morche e Ibson Ivan Harter, pelo auxílio no desenvolvimento do trabalho, processos de cotação e fabricação, busca de fornecedores e simulações numéricas em software CAE. À empresa Bruning Tecnometal Ltda, pelas informações necessárias de projeto, processo atual de fabricação, produto e aplicação, disponibilizando todos os recursos necessários para a construção do protótipo e realização de testes práticos. Agradeço em especial ao professor e orientador, Gil Eduardo Guimarães, Dr. Eng., pelo empenho, dedicação e seriedade, no sentido de auxiliar mostrando o melhor caminho para o desenvolvimento e estruturação desse trabalho. Enfim, a todos aqueles que de alguma forma participaram e tornaram possível a concretização desse trabalho. MUITO OBRIGADO!.

(5) 5. RESUMO Neste trabalho, apresentam-se o desenvolvimento e a construção de um novo sistema de regulagem de peneira de colheitadeira, no qual se buscou uma solução de baixo custo, ergonômica, resistente, de fácil operação e manuseio, fácil de produzir e montar, com o menor número possível de componentes, com o menor número possível de processos de manufatura e montagem, com uso de componentes comerciais padronizados mantendo o mesmo desempenho do projeto original. Este trabalho trata-se do desenvolvimento de um produto aperfeiçoado, a partir de um projeto do tipo variante por se tratar de um reprojeto alterando a geometria, dimensões e configuração do sistema mantendo a função original e o princípio de solução. As mudanças no sistema original em função do reprojeto são do tipo otimizante, devido ao aperfeiçoamento do produto a partir da implementação de novas técnicas e redução de custos. Para melhor compreensão do estudo realizado, é apresentada uma descrição sobre o funcionamento da colheitadeira, a partir dos cinco principais sistemas, aprofundando-se no sistema de limpeza, no qual a peneira é montada, o funcionamento do sistema de regulagem, já que a bibliografia sobre este assunto é bastante restrita, o estado da arte de sistemas de regulagem e considerações relevantes de ergonomia, economia, materiais, configuração, manufatura, montagem e confiabilidade. Inicialmente, fez-se uma análise do projeto, custo, similares e simulação numérica do atual sistema de regulagem, para em seguida desenvolver a melhoria a partir de uma metodologia. A primeira fase do processo de reprojeto foi a análise das necessidades, em que se identificou o problema de engenharia e definiu-se o que deve ser projetado através das técnicas da casa da qualidade e quadro de identificação do problema. No reprojeto conceitual aplicaram-se as técnicas de criatividade FAST, busca por princípios de solução, matriz morfológica e síntese de concepções para a escolha da melhor concepção. Após definido a concepção a ser desenvolvida, fez-se o reprojeto preliminar a partir do desenvolvimento dos conjuntos e subconjuntos, definição das dimensões principais, análise de funcionamento, simulação numérica e dimensionamento de componentes. Na sequência, realizou-se o reprojeto detalhado, no qual foram determinados as dimensões, materiais, processos, localização, forma definitiva e montagem para em seguida construir o protótipo da peneira com o novo sistema de regulagem. Por último, realizou-se o teste do protótipo em uma bancada, na qual o novo sistema desempenhou a sua função de regular a abertura das lamelas de forma satisfatória e eficiente, obtendo-se reduções de aproximadamente 38% do número de componentes, 28% do peso, 40% do custo e amortização do investimento em pouco mais de um mês, porém verificaram-se alguns detalhes de projeto que podem ser melhorados. Palavras-chave: Colheitadeira, Peneira, Sistema de regulagem, Melhoria de projeto, Reprojeto de produto..

(6) 6. ABSTRACT The aim of this paper is to present the development and construction of a new regulation system for the sieve of the harvester. It was sought a low cost solution as well as ergonomic, sturdy, easy operation and handling, easy to manufacture and assemble, with a fewer number of components, with a few number of manufacturing processes and assemble and also using the standard commercial components while maintaining the same performance as its original design. The product was improved from a kind of variant design and it is a redesign changing the geometry, dimensional and system configuration while maintaining the original function and also its principle of solution. The changing in its original system is an optimizing redesign due the improvement in the product from the implementation of new techniques and cost reduction. For a better understanding of this study, it is presented a description on the operation of the harvester considering the five major systems going deep into the cleaning system where the sieve is assembled and the operation of the regulation, since the literature on this subject is very limited, considering the state of the art in systems of regulation and the relevant considerations in ergonomics, economics, materials, configuration, manufacturing, assembling and reliability. Initially, it was made an analysis of the project, its cost, the similar products and numerical simulation in the current regulation system and then the improvement which was developed based on a redesign methodology. The first phase of the redesign was the needs analysis which identified the engineering problem and it was defined what should be projected through the techniques House of Quality and Problem Identification chart. During the conceptual redesign, it was applied the technique of creativity named FAST, the search for solution principles , the morphological matrix and synthesis concepts in order to choose the best design. After defining the concept to be developed, it was made a primary redesign that came from the development of the assemblies and subassemblies, a definition of the main dimensions, the operation analysis, numerical simulation and sizing the components. Afterwards it was made a detailed redesign, in which was determined the dimensions, materials, processes, location and permanent size and assembly to then build a prototype of the sieve with the new system of regulation. Finally, the prototype was tested in a workbench when the new system fulfilled its function of regulating the opening the louvers satisfactorily and efficiently, getting approximately 38% reduction in the number of components, 28% reduction in weight and 40% reduction in cost and return on investment in a little over a month. It was also verified some details in the design that can be improved. Keywords: Harvester, Sieve, Regulation system, Improvement project, Product redesign..

(7) 7. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Esquema geral de uma colheitadeira ....................................................................... 19 Figura 2 - Esquema geral do sistema de limpeza ..................................................................... 21 Figura 3 - Detalhe da abertura das lamelas da peneira ............................................................. 21 Figura 4 - Detalhe da parte interna da colheitadeira mostrando a peneira superior e extensão de retrilha .................................................................................................................................. 22 Figura 5 - Vista isométrica da parte superior da peneira .......................................................... 23 Figura 6 - Vista isométrica da parte inferior da peneira ........................................................... 24 Figura 7 - Detalhe da vista inferior da peneira com sistema de regulagem.............................. 25 Figura 8 - Detalhe da vista em corte da peneira com sistema de regulagem ............................ 25 Figura 9 - Vista isométrica da parte inferior da peneira com detalhe do sistema de regulagem A ............................................................................................................................................... 27 Figura 10 - Imagem do sistema de regulagem B ...................................................................... 27 Figura 11 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe do sistema de regulagem C .............................................................................................................................. 28 Figura 12 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe do sistema de regulagem D ............................................................................................................................. 29 Figura 13 - Vista superior e lateral da peneira com detalhe do sistema de regulagem E ......... 29 Figura 14 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe do sistema de regulagem F .............................................................................................................................. 30 Figura 15 - Vista isométrica da parte inferior da peneira com detalhe do sistema de regulagem G ............................................................................................................................................... 31 Figura 16 - a) Detalhe da parte inferior da peneira com mecanismo de ajuste remoto b) Vista lateral do mecanismo de ajuste remoto .................................................................................... 31 Figura 17 – Equipamento de solda com separador de câmara de compensação e com tampa integrada à alavanca de regulagem ........................................................................................... 32 Figura 18 - Tipos básicos de manejo ........................................................................................ 36 Figura 19 - Dados diversos de esforços em comandos ............................................................. 37 Figura 20 - Indicação das medidas da Tabela 2........................................................................ 38 Figura 21 - Exemplo de curva de engenharia de um ensaio de tração ..................................... 41 Figura 22 – a) Vista explodida do atual conjunto alavanca de regulagem b) Vista isométrica do atual conjunto alavanca de regulagem ................................................................................. 49.

(8) 8. Figura 23 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe da montagem do atual sistema de regulagem................................................................................................................ 50 Figura 24 - Vista isométrica da parte inferior da peneira com detalhe da montagem do atual sistema de regulagem................................................................................................................ 50 Figura 25 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe do atual sistema de regulagem montado na peneira ................................................................................................. 51 Figura 26 - Imagem da parte superior da peneira ..................................................................... 51 Figura 27 – a) Detalhe da parte superior da peneira com o atual sistema de regulagem b) Detalhe da parte inferior da peneira com o atual sistema de regulagem .................................. 51 Figura 28 - Vista isométrica do conjunto solda cremalheira .................................................... 52 Figura 29 - Vista isométrica do conjunto solda guia de regulagem ......................................... 52 Figura 30 - Vista isométrica do conjunto solda alavanca ......................................................... 53 Figura 31 - Vista isométrica do conjunto solda crivo ............................................................... 53 Figura 32 - Vista isométrica da parte inferior do conjunto solda quadro com detalhe da soldagem do atual sistema de regulagem ................................................................................. 54 Figura 33 - Vista isométrica do engate da regulagem .............................................................. 54 Figura 34 - Vista isométrica da guia de regulagem .................................................................. 55 Figura 35 - Vista isométrica da alavanca de regulagem ........................................................... 55 Figura 36 - Vista isométrica do engate da mola ....................................................................... 56 Figura 37 - Vista isométrica do crivo ....................................................................................... 56 Figura 38 - Vista isométrica da trava do crivo ......................................................................... 57 Figura 39 – Vista isométrica da chapa de regulagem ............................................................... 57 Figura 40 - Vista isométrica da cremalheira ............................................................................. 57 Figura 41 - Vista isométrica da trava da cremalheira ............................................................... 58 Figura 42 - Vista frontal e superior da peneira com detalhes do sistema de regulagem .......... 59 Figura 43 - Detalhe do manuseio da alavanca de regulagem ................................................... 59 Figura 44 - Detalhe da pega no manuseio da alavanca de regulagem ...................................... 60 Figura 45 - Representação da carga e pontos de fixação para simulação da atual alavanca de regulagem ................................................................................................................................. 61 Figura 46 - Imagem de vídeo da força máxima medida para movimentar a alavanca de regulagem ................................................................................................................................. 62 Figura 47 - Imagem da malha de elementos finitos da atual alavanca de regulagem .............. 62 Figura 48 - Caixa de entrada dos valores de coeficiente de Poisson e módulo de elasticidade63 Figura 49 - Mapa de tensões para a atual alavanca de regulagem ............................................ 63.

(9) 9. Figura 50 - Mapa de deformações para a atual alavanca de regulagem ................................... 64 Figura 51 - Casa da qualidade para o reprojeto do sistema de regulagem ............................... 69 Figura 52 - Diagrama FAST do sistema de regulagem ............................................................ 71 Figura 53 - Concepção 1 do sistema de regulagem .................................................................. 77 Figura 54 - Concepção 2 do sistema de regulagem .................................................................. 78 Figura 55 - Concepção 3 do sistema de regulagem .................................................................. 79 Figura 56 - Vistas do conjunto da peneira com detalhe do novo sistema de regulagem .......... 83 Figura 57 - Vista da parte inferior do conjunto solda quadro com detalhe da soldagem do novo sistema de regulagem................................................................................................................ 84 Figura 58 - Vistas do conjunto solda guia de regulagem ......................................................... 84 Figura 59 - Vistas do novo conjunto alavanca de regulagem com corte mostrando a montagem dos componentes ...................................................................................................................... 85 Figura 60 - Vistas do conjunto da peneira com detalhe do novo sistema de regulagem na posição fechada......................................................................................................................... 86 Figura 61 - Vistas do conjunto da peneira com detalhe do novo sistema de regulagem na posição aberta ........................................................................................................................... 86 Figura 62 - Representação da carga e pontos de fixação para simulação da nova alavanca de regulagem ................................................................................................................................. 87 Figura 63 - Imagem da malha de elementos finitos da nova alavanca de regulagem ............. 88 Figura 64 - Mapa de tensões para a nova alavanca de regulagem ............................................ 88 Figura 65 - Mapa de deformações para a nova alavanca de regulagem ................................... 89 Figura 66 - Vista isométrica da mola de torção ........................................................................ 90 Figura 67 - Vista isométrica do conjunto solda guia de regulagem ......................................... 92 Figura 68 - Detalhe do protótipo do conjunto solda guia de regulagem .................................. 92 Figura 69 - Vista isométrica da parte inferior do conjunto solda quadro com detalhe da soldagem do novo sistema de regulagem ................................................................................. 93 Figura 70 - a) Vista isométrica da cremalheira b) Vista da cremalheira com a dimensão da escala ........................................................................................................................................ 94 Figura 71 - Protótipo da cremalheira ........................................................................................ 95 Figura 72 – a) Detalhe da parte inferior do protótipo do conjunto solda quadro b) Detalhe da parte superior do protótipo do conjunto solda quadro .............................................................. 95 Figura 73 – a) Vista explodida do novo conjunto alavanca de regulagem b) Vista isométrica do novo conjunto alavanca de regulagem................................................................................. 96.

(10) 10. Figura 74 - a) Vista isométrica da alavanca de regulagem b) Vista da alavanca de regulagem com as dimensões antropométricas .......................................................................................... 97 Figura 75 - Vista isométrica do crivo ....................................................................................... 98 Figura 76 - Vista isométrica do espaçador ............................................................................... 99 Figura 77 – a) Protótipo da alavanca após manufatura b) Protótipo da alavanca após pintura 99 Figura 78 – a) Protótipo do crivo após manufatura b) Protótipo do crivo após pintura ......... 100 Figura 79 – a) Protótipo do espaçador após manufatura b) Protótipo do espaçador após pintura ................................................................................................................................................ 100 Figura 80 - a) Parte superior do protótipo do conjunto alavanca de regulagem b) Parte inferior do protótipo do conjunto alavanca de regulagem ................................................................... 100 Figura 81 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe da montagem do novo sistema de regulagem.............................................................................................................. 101 Figura 82 - Vista isométrica da parte inferior da peneira com detalhe da montagem do novo sistema de regulagem.............................................................................................................. 102 Figura 83 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe do novo sistema de regulagem montado na peneira ............................................................................................... 102 Figura 84 - Imagem da parte superior do protótipo da peneira .............................................. 103 Figura 85 – a) Detalhe da parte superior do protótipo com o novo sistema de regulagem b) Detalhe da parte inferior do protótipo com o novo sistema de regulagem ............................. 103 Figura 86 - Detalhe do manuseio da alavanca de regulagem ................................................. 105 Figura 87 - Detalhe da pega no manuseio da alavanca de regulagem .................................... 105 Figura 88 - a) Detalhe da posição da alavanca de regulagem com as lamelas fechadas b) Detalhe da posição da alavanca de regulagem com as lamelas abertas.................................. 106.

(11) 11. LISTA DE TABELAS Tabela 1- Principais problemas no sistema de limpeza e suas prováveis causas ..................... 22 Tabela 2 - Medidas antropométricas da mão em cm ................................................................ 38 Tabela 3 - Dimensões da altura da letra para diferentes distâncias .......................................... 39 Tabela 4 - Quadro de identificação do problema para o reprojeto do sistema de regulagem .. 66 Tabela 4 - Quadro de identificação do problema para o reprojeto do sistema de regulagem (continuação) ............................................................................................................................ 67 Tabela 5 - Princípios de solução para produzir potência .......................................................... 72 Tabela 6 - Princípios de solução para prover acionamento ...................................................... 72 Tabela 7 - Princípios de solução para transmitir movimento ................................................... 73 Tabela 8 - Princípios de solução para prover sistema .............................................................. 73 Tabela 8 - Princípios de solução para prover sistema (continuação) ....................................... 74 Tabela 9 - Princípios de solução para travar sistema................................................................ 74 Tabela 9 - Princípios de solução para travar sistema (continuação)......................................... 75 Tabela 10 - Princípios de solução para prover regulagem........................................................ 75 Tabela 11 - Matriz morfológica para sistema de regulagem .................................................... 76 Tabela 12 - Tabela de avaliação de concepções do sistema de regulagem .............................. 80 Tabela 13 - Resumo dos custos e amortização do reprojeto com processo laser e prensa dobradeira ............................................................................................................................... 109 Tabela 14 - Resumo dos custos e amortização do reprojeto com processo ferramenta de corte e dobra .................................................................................................................................... 109.

(12) 12. LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 2D. Bidimensional. 3D. Tridimensional. CAD. Computer Aided Design (Projeto Assistido por Computador). CAE. Computer Aided Engineering (Engenharia Assistida por Computador). FAST. Function Analysis System Technique (Técnica de Análise Funcional de Sistemas). FEA. Finite Element Analysis (Análise por Elementos Finitos). FEMAP. Finite Element Modeling and Postprocessing (Modelamento de Elementos Finitos e Pós-processamento). INPI. Instituto Nacional de Propriedade Industrial. LC. Limite de confiança. MAG. Metal Active Gas (Gás Ativo de Metal). UNIJUI. Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul.

(13) 13. LISTA DE SÍMBOLOS. σε. Tensão de escoamento. [MPa]. Rm. Resistência. [MPa]. Al %. Alongamento mínimo. [%].

(14) 14. SUMÁRIO INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 16 1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................. 18 1.1 DEFINIÇÃO DE COLHEITADEIRA ............................................................................... 18 1.1.1 Sistema de Limpeza ......................................................................................................... 19 1.1.2 Peneiras Superior e Inferior ............................................................................................. 23 1.1.3 Sistema de Regulagem das Lamelas das Peneiras ........................................................... 24 1.2 ESTADO DA ARTE DE SISTEMAS DE REGULAGEM ............................................... 25 1.2.1 Sistema de Regulagem A................................................................................................. 26 1.2.2 Sistema de Regulagem B ................................................................................................. 27 1.2.3 Sistema de Regulagem C ................................................................................................. 28 1.2.4 Sistema de Regulagem D................................................................................................. 28 1.2.5 Sistema de Regulagem E ................................................................................................. 29 1.2.6 Sistema de Regulagem F ................................................................................................. 30 1.2.7 Sistema de Regulagem G................................................................................................. 30 1.2.8 Sistema de Regulagem H................................................................................................. 31 1.2.9 Sistema de Regulagem I .................................................................................................. 32 1.3 CONSIDERAÇÕES PARA O REPROJETO DO SISTEMA DE REGULAGEM ........... 32 1.3.1 Projeto para Ergonomia ................................................................................................... 34 1.3.2 Projeto para Economia..................................................................................................... 39 1.3.3 Seleção de Materiais no Projeto ...................................................................................... 40 1.3.4 Projeto para Configuração ............................................................................................... 42 1.3.5 Projeto para Manufatura .................................................................................................. 42 1.3.6 Projeto para Montagem ................................................................................................... 43 1.3.7 Projeto para Confiabilidade ............................................................................................. 45 1.4 ANÁLISE COMPUTACIONAL........................................................................................ 46 2 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................. 47 2.1 ANÁLISE DO ATUAL SISTEMA DE REGULAGEM ................................................... 47 2.1.1 Análise de Montagem do Atual Sistema de Regulagem ................................................. 48 2.1.2 Análise de Soldagem do Atual Sistema de Regulagem ................................................... 52 2.1.3 Análise de Manufatura do Atual Sistema de Regulagem ................................................ 54 2.1.4 Análise de Ergonomia do Atual Sistema de Regulagem ................................................. 58 2.1.5 Análise de Solicitações e Simulação Numérica do Atual Sistema de Regulagem .......... 60 2.1.6 Análise de Custo do Atual Sistema de Regulagem ......................................................... 64 2.2 ANÁLISE DE SIMILARES ............................................................................................... 65 2.3 ANÁLISE DAS NECESSIDADES ................................................................................... 65 2.3.1 Quadro de Identificação do Problema para o Sistema de Regulagem ............................. 66 2.3.2 Casa da Qualidade para o Sistema de Regulagem ........................................................... 68 2.4 REPROJETO CONCEITUAL............................................................................................ 69 2.4.1 Técnica de Análise Funcional de Sistemas (FAST) para o Sistema de Regulagem........ 70 2.4.2 Busca por Princípios de Solução para o Sistema de Regulagem ..................................... 71 2.4.3 Matriz Morfológica para o Sistema de Regulagem ......................................................... 75 2.4.4 Síntese de Concepções para o Sistema de Regulagem .................................................... 76 2.4.4.1 Concepção 1.................................................................................................................. 77 2.4.4.2 Concepção 2.................................................................................................................. 78 2.4.4.3 Concepção 3.................................................................................................................. 79.

(15) 15. 2.4.5 Avaliação e Escolha da Melhor Concepção para o Sistema de Regulagem .................... 80 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................................... 82 3.1 REPROJETO PRELIMINAR ............................................................................................ 82 3.1.1 Desenvolvimento do Conjunto e Subconjuntos do Novo Sistema de Regulagem .......... 82 3.1.2 Análise de Funcionamento do Novo Sistema de Regulagem .......................................... 85 3.1.3 Simulação Numérica e Comparação dos Resultados ...................................................... 87 3.1.4 Sistema de Travamento ................................................................................................... 89 3.2 REPROJETO DETALHADO E CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO ............................... 90 3.2.1 Conjunto de Solda Guia de Regulagem ........................................................................... 91 3.2.2 Conjunto de Solda Quadro da Peneira ............................................................................. 92 3.2.3 Conjunto de Montagem Alavanca de Regulagem ........................................................... 95 3.2.4 Conjunto de Montagem Peneira .................................................................................... 100 3.3 TESTE DO PROTÓTIPO E MODIFICAÇÕES .............................................................. 103 3.3.1 Testes de Funcionamento e Modificações do Protótipo do Sistema de Regulagem ..... 103 4 COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS ............................................................................. 107 CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 110 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 111 ANEXO A – Certificado de Calibração da Balança Toledo Modelo MSI-3360 ................... 113 ANEXO B – Desenho do Corpo de Prova para Ensaio de Tração de Acordo com as Normas NBR 6673 e NBR 8164 .......................................................................................................... 115 ANEXO C – Relatório do Ensaio de Tração do Material SAE 1008 ..................................... 117.

(16) 16. INTRODUÇÃO Devido ao constante crescimento da competitividade entre as empresas metal mecânica, os fornecedores de peças para as montadoras devem cada vez mais investir em pesquisa e desenvolvimento para melhorar e reduzir o custo de seus produtos. Somente assim as empresas conseguirão sobreviver neste mundo globalizado e competitivo, repassando estas melhorias e reduções de custos para seus clientes que são as montadoras, tornando-se, assim, um parceiro de seus clientes e conquistando cada vez mais o mercado. A maioria das montadoras está desenvolvendo programas destinados aos seus fornecedores que têm o objetivo de gerar e implementar propostas técnicas de redução de custo, mantendo os mesmos níveis de qualidade dos produtos, compartilhando os ganhos e estabelecendo uma relação de parceria. O ritmo acelerado da economia obriga as empresas a manterem atualizados e competitivos seus produtos no mercado. Para alcançar este resultado, os produtos precisam ser constantemente melhorados. Isto faz com que os projetos, na maioria dos casos, sejam aperfeiçoamentos de um produto já existente (DUFOUR, 1996). De acordo com Pahl e Beitz (apud DUFOUR, 1996, p. 7), na indústria alemã de engenharia mecânica, 55% dos projetos são adaptativos, isto é, que adaptam um sistema conhecido a uma mudança de tarefa e 20% dos projetos são de variação, que variam apenas suas medidas ou a configuração. Ambos os projetos, de adaptação ou de variação, são reprojetos de produtos existentes que reúnem novas especificações de produtos. Bonsiepe (apud DUFOUR, 1996, p. 7) coloca que, em 99% dos casos, um produto novo é em maior ou menor proporção, derivado de um produto existente, portanto é um reprojeto. Assim, entende-se que a maioria das atividades dos projetos mecânicos são reprojetos de projetos existentes, adequados a uma nova problemática. O reprojeto começa quando o produto ou processo precisa ser melhorado ou otimizado. Este pode acontecer dentro do processo de desenvolvimento devido a não terem sido satisfeitos todos os requisitos de projeto, ou também em produtos que já estão no mercado, como maneira de aumentar seu ciclo de vida (DUFOUR, 1996). Desta maneira, com a intenção de melhorar e reduzir os custos dos produtos, a empresa Bruning Tecnometal Ltda, que é fornecedora de componentes para montadoras de automóveis, caminhões, máquinas agrícolas e construção civil, teve a necessidade de analisar a possibilidade de reprojetar alguns dos produtos..

(17) 17. Figgie Jr. (1986) considera uma ótima performance quando o processo de reprojeto resulta na redução de 50% dos custos de um produto, uma performance média quando a redução é 30% e uma performance insuficiente quando a redução atinge apenas 10%. Para o reprojeto, a empresa identificou a peneira, que é um componente montado no sistema de limpeza dos grãos das colheitadeiras, e que fornece este componente para diversas montadoras. A empresa fornece diversos tipos de peneiras que possuem partes semelhantes, e, ao reprojetar uma delas, se estará atualizando da mesma maneira todos os demais, obtendo benefícios de redução de custo. As peneiras são compostas por vários componentes obtidos de diferentes materiais e processos de manufatura. Dentre estes se identificou o sistema de regulagem das lamelas, que, por ser um subconjunto relativamente simples, contava com um alto número de componentes soldados e montados, o que amplia o tempo de montagem, encarece a produção e aumenta as chances de erro. Este subconjunto é o mesmo para diversos tipos de peneiras aplicados em diferentes modelos de colheitadeiras, e tem a função de regulagem da abertura e fechamento das lamelas. A partir de uma metodologia que orientou o trabalho desde a identificação do problema até o projeto final, possibilitando maiores chances de sucesso, buscou-se desenvolver um novo sistema de regulagem de acordo com os recursos existentes na empresa, com os seguintes objetivos: Reduzir o custo; Melhorar aspectos ergonômicos; Manter a resistência do projeto original; Manter o desempenho do projeto original; Fácil operação e manuseio; Fácil de produzir e montar; Menor número possível de componentes; Menor número possível de processos de manufatura e montagem; Uso de componentes comerciais padronizados..

(18) 18. 1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 1.1 DEFINIÇÃO DE COLHEITADEIRA Silveira (1991) define colheitadeira como a máquina agrícola destinada a realizar, ao mesmo tempo, as operações de ceifa, trilha e limpeza dos grãos, e que é utilizada nas culturas de grãos pequenos, como arroz, trigo, ervilha, aveia, centeio, cevada, sorgo, linho, alfafa, azevém, girassol, assim como na soja e milho. O objetivo maior de qualquer operação de colheita e trilha é recuperar o grão, sem resíduos da planta, com um mínimo de perdas. O grão deve ter bom aspecto, facilitando a sua comercialização. Segundo Moraes et al. (1999), a colheitadeira é uma máquina independente, na qual o mesmo motor utilizado para acionar os mecanismos que desempenham as operações de cortar, recolher, debulhar, separar grãos da palha, limpar, armazenar e descarregar o produto é empregado para deslocar a máquina através da lavoura. A colheitadeira tem por função retirar da lavoura o grão limpo, sem palha ou restos de cultura, com um mínimo de perdas quantitativas e qualitativas. Para desempenhar sua função, essa máquina é constituída de cinco sistemas básicos que serão descritos a seguir, e estão representados na Figura 1 (SILVEIRA, 1991): Sistema de corte e alimentação: esse sistema tem por função cortar e recolher o material e encaminhar para o sistema de trilha. O sistema é composto da plataforma de corte e canal alimentador, posicionado na parte frontal da colheitadeira, onde é fixado através de engates rápidos ou por elementos de fixação; Sistema de trilha: é realizado o destacamento das sementes individuais das suas partes que as fixam às plantas. A função é proceder à debulha e a separação primária do material colhido. O sistema é composto de um elemento rotativo, chamado de cilindro ou rotor, e um elemento fixo, chamado de côncavo; Sistema de separação: tem a função de separar as sementes dos gravetos e palha. É localizado depois dos elementos de trilha e é composto por saca-palhas e cortina defletora. O saca-palhas é o mecanismo de separação, utilizado nas colheitadeiras convencionais, destinado a separar o grão da palha, enviando o primeiro à bandeja coletora e o segundo ao exterior da máquina. A cortina defletora está montada sobre o saca-palhas e tem a função de regular o fluxo do material enviado pelo batedor; Sistema de limpeza: separa os gravetos e outras impurezas do grão. A limpeza pode ser feita através do sistema mecânico ou pneumático. Reconduz para a retrilha do.

(19) 19. material, parcialmente trilhado. É composto basicamente por: bandeja coletora ou bandejão, peneira superior, extensão de retrilha, peneira inferior e ventilador; Sistema de transporte e armazenagem: conjunto de mecanismos que tem as funções de: transportar e armazenar os grãos limpos, transportar os materiais a serem retrilhados, por meio da operação de coleta, agrupamento e distribuição. O sistema é composto pelos seguintes elementos: condutor de grãos, condutor de retrilha, elevador de grãos, elevador de retrilha, condutor de descarga de grãos e depósito de grãos. Figura 1 - Esquema geral de uma colheitadeira. Fonte: Moraes et al. (1999, p. 31) 1.1.1 Sistema de Limpeza Conforme mencionado por Moraes et al. (1999), o objetivo da operação de limpeza é separar os grãos livres do palhiço, palha curta, poeira e grãos não trilhados. Durante a limpeza, os grãos limpos são conduzidos ao tanque graneleiro, a palha e a poeira são retiradas da máquina e os grãos não trilhados são reconduzidos à unidade de trilha para que a operação se complete. O sistema de limpeza realiza a sua função através do método de separação de ar e peneiras. Os materiais leves são retirados da superfície da peneira e jogados para fora da máquina por força de uma corrente de ar, gerada pelo ventilador de pás. O material mais pesado é separado com o auxílio do movimento alternativo de um conjunto de peneiras. Os espaços entre as lamelas das peneiras são dimensionados para permitirem a passagem apenas.

(20) 20. dos grãos, movendo o material maior e mais pesado para trás, até que caia para fora da colheitadeira. Conforme Figura 2, pode-se observar que o sistema de limpeza é composto por: bandejão, peneiras superior e inferior, extensão de retrilha e ventilador (MORAES et al., 1999). Bandejão: é uma chapa corrugada que ocupa toda a largura da colheitadeira, estendendo-se do côncavo até a peneira superior. O material recolhido do côncavo e do fundo do saca-palhas por esse conjunto é conduzido, devido ao movimento alternativo, até a peneira superior. O bandejão também tem a função de homogeneizar a espessura da camada de material que é levado até a peneira superior; Peneira superior: as peneiras possuem movimento alternativo longitudinal, que pode ser o mesmo, ou sentido oposto, isto é, enquanto a peneira superior desloca-se para frente, a inferior desloca-se para trás, evitando o acúmulo de material entre as peneiras. O movimento da peneira superior, em conjunto com o escoamento de ar gerado pelo ventilador, propicia a passagem dos grãos através do material, de forma que atinjam os espaços entre as lamelas, que devem permitir a passagem da maioria dos grãos e, ainda assim, reterem a palha e as partes não trilhadas; Peneira inferior: é realizada mais uma separação no material que passou pela peneira superior. Como as aberturas são menores, outros tipos de materiais tem dificuldade de passar e serem conduzidos ao tanque graneleiro; Extensão de retrilha: é um prolongamento da peneira superior, possuindo espaçamento entre as lamelas um pouco maiores e a possibilidade de ter uma inclinação longitudinal variada. Tem o objetivo de evitar a perda de material não trilhado que venha da peneira superior. O material que passa pelas aberturas da extensão de retrilha vai se juntar àquele retido pela peneira inferior, quando serão levados novamente ao sistema de trilha. Da mesma forma que a extensão da retrilha, as peneiras possuem aberturas reguláveis, conforme mostrado na Figura 3, de forma a facilitarem o uso da colheitadeira em diversas culturas. Dessa forma, os fabricantes sugerem tamanhos de aberturas específicas para cada tipo de cultura nos manuais da máquina; Ventilador: é responsável pelo escoamento de ar no sistema. O ventilador possui duas regulagens básicas: vazão de ar e direcionamento do ar. A primeira é controlada tanto pela rotação das pás, o que é feito tanto por polias variadoras, como pela obstrução da entrada do ar no ventilador. O direcionamento do ar é feito pela.

(21) 21. movimentação de defletores, que desviam o escoamento do mesmo para os locais desejados. Geralmente, uma parte do escoamento é direcionada para o final do bandejão, onde há a queda do material para a peneira superior, de forma que o mesmo seja bem distribuído sobre ela. Na colheita de grãos leves e pequenos, como, por exemplo, os de forrageiras, deve-se diminuir, ao mínimo, o escoamento de ar, ou até mesmo desligar o ventilador, sacrificando a limpeza em benefício de menores perdas. Figura 2 - Esquema geral do sistema de limpeza. Fonte: Moraes et al. (1999, p. 63) Figura 3 - Detalhe da abertura das lamelas da peneira. Fonte: Próprio autor Para melhor entendimento, na Figura 4 é mostrada a imagem da parte interna da colheitadeira com a peneira superior e extensão de retrilha montados. De acordo com o que foi descrito anteriormente, o sistema de limpeza apresenta um grande número de regulagens, todas elas com grande influência sobre o resultado final. Dessa.

(22) 22. forma, na Tabela 1 é apresentado um resumo das principais ocorrências, problemas e as suas prováveis causas. As perdas na limpeza refletem a quantidade de grãos que passam sobre a peneira superior e são jogadas para fora da máquina. Tais perdas são influenciadas pela quantidade de material sobre as peneiras, por suas aberturas e pelo escoamento de ar no ventilador (MORAES et al., 1999). Figura 4 - Detalhe da parte interna da colheitadeira mostrando a peneira superior e extensão de retrilha. Fonte: John Deere (2012) Tabela 1- Principais problemas no sistema de limpeza e suas prováveis causas Ocorrência. Causa. Excesso de palha sobre a peneira superior.. Escoamento de ar insuficiente; excesso de ação trilhadora, picando a palha em demasia; barra de corte muito baixa; velocidade de avanço muito alta.. Grãos perdidos sobre as peneiras.. Pouca abertura das peneiras; falta de ação trilhadora; pouca retrilha (orifícios muito fechados ou pouca inclinação); taxa de alimentação muito alta.. Excesso de material não trilhado no depósito de grãos.. Peneiras muito aberta; falta de ação trilhadora; pouca retrilha (orifícios muito fechados ou pouca inclinação).. Excesso de grãos trilhados na retrilha.. Peneira inferior muito fechada.. Excesso de palha picada na retrilha.. Excesso de ação trilhadora, picando a palha em demasia; peneira superior muito aberta; escoamento de ar insuficiente. Fonte: Moraes et al. (1999, p. 66).

(23) 23. O sistema de limpeza possui três ajustes básicos: o tamanho das aberturas das lamelas da peneira superior, o tamanho das aberturas das lamelas da peneira inferior e a vazão de ar do ventilador. Se a peneira superior estiver muito aberta, sobrecarregará a peneira inferior. Se a peneira inferior estiver muito aberta, provocará o aparecimento de muita palha picada no tanque graneleiro. Se estiver muito fechada, haverá muitos grãos na retrilha e, consequentemente, muitos grãos quebrados no tanque graneleiro. Os valores das aberturas das peneiras encontram-se no Manual do Operador da colheitadeira. Antes de variar a rotação do ventilador, ajustam-se as aberturas das peneiras e direciona-se o ar através de seus defletores, iniciando-se com uma rotação baixa, aumentando gradualmente até o ponto onde a maior parte de palhas seja soprada para fora, sem a perda de grãos (SILVEIRA, 1991). 1.1.2 Peneiras Superior e Inferior Conforme Figura 5 e Figura 6, é possível visualizar a parte superior e inferior de uma peneira, com seus principais componentes identificados. De acordo com Wegener (2011), as peneiras, indiferentemente do modelo, tamanho e aplicação, são formadas basicamente por: quadro (1), divisória (2), eixo das lamelas (3), lamelas (4), fixação dos eixos das lamelas (5), alavanca de regulagem das lamelas (6), proteção da guia de regulagem (7), guia de regulagem (8) e elementos de fixação como porcas, parafusos e arruelas. Figura 5 - Vista isométrica da parte superior da peneira. Fonte: Bruning Tecnometal Ltda.

(24) 24. Figura 6 - Vista isométrica da parte inferior da peneira. Fonte: Bruning Tecnometal Ltda Segundo Portella (1998), a peneira superior tem a finalidade de fazer uma limpeza preliminar. O grão e a palha menor e mais pesada deverão passar através dela, que deve ser regulada para que o escoamento de ar separe a palha do grão, não permitindo a passagem de sujeira para a peneira inferior. Quanto à peneira inferior, todos os restos de palhas são separados do grão. 1.1.3 Sistema de Regulagem das Lamelas das Peneiras A bibliografia sobre colheitadeiras é bastante restrita, pois este assunto é abordado como sigiloso, sendo que somente as empresas fabricantes têm o conhecimento (HÖHER JR, 2011). Dessa maneira, alguns assuntos descritos tem a opinião do autor e baseiam-se na experiência profissional no desenvolvimento de componentes para colheitadeiras. São raras as bibliografias que descrevem o processo de desenvolvimento de máquinas agrícolas (KEPNER; BAINER; BARGER, 1972; MIALHE, 1974; ROMANO et al. , 2005). Independente do sistema de regulagem das lamelas das peneiras ser manual ou automático, o sistema possui a mesma função e o mesmo princípio de funcionamento. Este sistema tem a função de regular a abertura das lamelas, podendo ser mais fechada ou mais aberta..

(25) 25. O sistema de regulagem das lamelas é composto por uma alavanca de regulagem (1) mostrado na Figura 7, que a partir do movimento de rotação em torno do eixo de fixação, tem a função de movimentar a guia de regulagem (2) mostrado na Figura 8, no sentido longitudinal da peneira. Através do deslocamento longitudinal da guia de regulagem (2), o eixo das lamelas (3) faz o movimento de rotação em torno do seu eixo. Este movimento de rotação tem a função de abrir e fechar as lamelas (4) da peneira, pois as mesmas são unidas através de solda no eixo das lamelas (3). Figura 7 - Detalhe da vista inferior da peneira com sistema de regulagem. Fonte: Próprio autor Figura 8 - Detalhe da vista em corte da peneira com sistema de regulagem. Fonte: Próprio autor 1.2 ESTADO DA ARTE DE SISTEMAS DE REGULAGEM Segundo Marques (2008), ao tentar encontrar soluções para problemas ou novas alternativas para os produtos, o primeiro passo é analisar os produtos já existentes através da análise de similares, para que todos os aspectos do produto possam ser levados em consideração..

(26) 26. Pahl et al. (2005), descreve que um dos estímulos para o projeto é a vantagem técnica, e, para isto, a análise de similares vem auxiliar na comparação dos produtos. Conforme descrito no item 1.1.3, a bibliografia sobre colheitadeiras e processo de desenvolvimento de máquinas agrícolas é bastante restrita. Assim, o levantamento de similares para o sistema de regulagem de peneiras foi feito a partir da pesquisa de projetos de diversos modelos de peneiras que a empresa Bruning Tecnometal Ltda fabrica, através de foto de sistema de regulagem de peneira tirada na feira de agronegócios Expodireto Cotrijal e realização de pesquisas de sistemas de regulagem de peneiras e outros tipos de equipamentos no banco de patentes do Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). A revisão dos sistemas de regulagem tem o intuito de analisar a similaridade dos sistemas existentes no mercado e com isso poder ter como base parâmetros para o desenvolvimento de um novo sistema. O autor descreve os diferentes sistemas de regulagem pesquisados identificando-os a partir da descrição sistema de regulagem, seguido por uma letra de A até I. 1.2.1 Sistema de Regulagem A A peneira ilustrada na Figura 9 possui a regulagem das lamelas independente, ou seja, possui um sistema de regulagem para cada carreira de lamelas. Esse sistema possui acionamento manual através do movimento da alavanca de regulagem no plano horizontal e a leitura da abertura das lamelas a partir da contagem do número de dentes no conjunto solda cremalheira. É basicamente composta das seguintes partes: Guia de regulagem: tem a função de girar o eixo das lamelas, regulando a abertura das mesmas, através do movimento da alavanca de regulagem; Alavanca de regulagem: componente no qual é aplicada a força manual, transmitindo o movimento para a guia de regulagem; Cremalheira: tem a função de travar a posição da alavanca, obtendo a regulagem desejada da abertura das lamelas; Crivo: componente fixado na alavanca de regulagem que tem a função de travar a posição da alavanca através dos dentes da cremalheira; Mola de tração: fixada no crivo e na alavanca de regulagem, tem a função de manter o crivo travado em um dos dentes da cremalheira; Elementos de máquinas: parafusos, porcas e arruelas possuem a função de fixar as partes do sistema de regulagem..

(27) 27. Figura 9 - Vista isométrica da parte inferior da peneira com detalhe do sistema de regulagem A. Fonte: Bruning Tecnometal Ltda 1.2.2 Sistema de Regulagem B A Figura 10 mostra a imagem do sistema de regulagem de uma peneira que possui somente um sistema para regular a abertura de todas as lamelas. Da mesma forma que o Sistema de Regulagem A, esse sistema também possui acionamento manual através do movimento da alavanca de regulagem no plano horizontal. Possui os mesmos componentes do sistema de regulagem A, porém, ao invés de uma mola de tração, esse possui uma mola de torção. Diferencia-se também através da disposição construtiva e forma geométrica dos componentes. Figura 10 - Imagem do sistema de regulagem B. Fonte: Expodireto Cotrijal.

(28) 28. 1.2.3 Sistema de Regulagem C A peneira ilustrada na Figura 11 possui dois sistemas de regulagem. O primeiro para regular a abertura das primeiras lamelas, do lado do sistema de regulagem, e o segundo para regular a abertura do restante das lamelas, possibilitando à peneira ter diferentes regulagens para as suas duas partes, de acordo com a vazão dos grãos. O princípio de funcionamento desse sistema é o mesmo dos anteriores, diferenciando-se no mecanismo de travamento da alavanca de regulagem, na leitura da posição de abertura das lamelas e na disposição construtiva e forma geométrica dos componentes. Neste sistema, o travamento da alavanca de regulagem é feito através de uma porca do tipo borboleta e a leitura da abertura das lamelas é realizada a partir de marcação numérica. Figura 11 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe do sistema de regulagem C. Fonte: Bruning Tecnometal Ltda 1.2.4 Sistema de Regulagem D O sistema de regulagem mostrado na Figura 12 diferencia-se dos sistemas descritos anteriormente no travamento da alavanca de regulagem, disposição construtiva e forma geométrica dos componentes. O travamento dessa alavanca acontece por atrito entre uma arruela de borracha que é montado entre a cremalheira e a alavanca de regulagem. Esse sistema tem como desvantagem, a maior força necessária para movimentar a alavanca, justamente devido ao atrito entre as superfícies..

(29) 29. Figura 12 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe do sistema de regulagem D. Fonte: Bruning Tecnometal Ltda 1.2.5 Sistema de Regulagem E O sistema de regulagem ilustrado na Figura 13 possui o mesmo princípio de funcionamento dos sistemas anteriores, porém esse sistema diferencia-se na posição do movimento da alavanca de regulagem, disposição construtiva e forma geométrica dos componentes. Esse sistema possui o movimento da alavanca de regulagem no plano vertical. Figura 13 - Vista superior e lateral da peneira com detalhe do sistema de regulagem E. Fonte: Bruning Tecnometal Ltda.

(30) 30. 1.2.6 Sistema de Regulagem F Na Figura 14, é mostrado o sistema de regulagem com o mesmo princípio de funcionamento das peneiras anteriores, porém com outro conceito de acionamento. O único componente similar aos sistemas anteriores é a guia de regulagem. Nesse sistema, o acionamento é manual, e o movimento da guia de regulagem no sentido longitudinal da peneira acontece através de um fuso roscado. O princípio de funcionamento desse sistema assemelha-se ao do sistema parafuso e porca. Assim, há um parafuso fixo e uma porca móvel que, se der uma volta completa, provocará um deslocamento igual ao seu passo. Figura 14 - Vista isométrica da parte superior da peneira com detalhe do sistema de regulagem F. Fonte: Bruning Tecnometal Ltda 1.2.7 Sistema de Regulagem G O sistema de regulagem da peneira apresentada na Figura 15 é semelhante ao Sistema de Regulagem F, pois o acionamento é manual e possui dois fusos roscados. O primeiro fuso roscado tem a função de movimentar a guia de regulagem no sentido longitudinal da peneira, e o segundo fuso roscado tem a função de deslocar o marcador, com a finalidade de regular a abertura desejada das lamelas através de uma escala numérica. Esse sistema possui acionamento manual a partir de uma manivela, na qual é montada na parte externa da colheitadeira..

(31) 31. Figura 15 - Vista isométrica da parte inferior da peneira com detalhe do sistema de regulagem G. Fonte: Bruning Tecnometal Ltda 1.2.8 Sistema de Regulagem H O sistema de regulagem de peneira mostrado na Figura 16 trata-se da patente EP1264530A1, depositada no banco de patentes do INPI como mecanismo para ajuste remoto de um elemento de limpeza para uma máquina colheitadeira combinada. É um mecanismo de ajuste de peneiras de colheitadeiras, composto de um membro de acionamento que se move linearmente, fixado diretamente à guia de regulagem. O acionamento ocorre através de um motor elétrico, e a regulagem da abertura das lamelas é provida por meio de um par de sensores. Figura 16 - a) Detalhe da parte inferior da peneira com mecanismo de ajuste remoto b) Vista lateral do mecanismo de ajuste remoto. Fonte: Deere & Company (2002).

(32) 32. 1.2.9 Sistema de Regulagem I Outros sistemas de regulagem semelhantes conforme ilustrado na Figura 17 foram pesquisados. Esse sistema trata-se da patente PI8901448 A, pesquisada no banco de patentes do INPI, e refere-se a um equipamento de solda com separador de câmara de compensação e com tampa integrada à alavanca de regulagem. O sistema de regulagem desse equipamento é composto de um manípulo articulado à face superior da tampa por intermédio de um braço intermediário. Figura 17 – Equipamento de solda com separador de câmara de compensação e com tampa integrada à alavanca de regulagem. Fonte: Metalbam Metalúrgica Bambozzi Ltda (1989) 1.3 CONSIDERAÇÕES PARA O REPROJETO DO SISTEMA DE REGULAGEM Back (1983) define projeto como uma atividade orientada para o atendimento das necessidades humanas, principalmente daquelas que podem ser satisfeitas por fatores tecnológicos. Projetar consiste tanto em formular um plano para a satisfação de uma necessidade específica quanto em solucionar um problema. Se o plano resultar na criação de algo físico, então o produto deverá ser funcional, seguro, confiável, competitivo, utilizável, manufaturável e mercável. É um processo inovador e altamente iterativo e também um processo de tomada.

(33) 33. de decisão. É uma atividade de intensa comunicação em que palavras e desenhos são ambos utilizados, assim como formas orais e escritas (SHIGLEY; MISCHKE; BUDYNAS, 2005). Conforme Pahl e Beitz (apud DUFOUR, 1996, p. 12) existem três tipos de projetos: Projeto original: é aquele que envolve a elaboração de um princípio de solução original para um sistema, com a mesma, similar ou nova; Projeto adaptativo: é aquele que adapta sistemas conhecidos com a intenção de mudar as tarefas para as quais foram inicialmente projetados, mantendo os princípios de solução; Projeto de variante: é aquele que varia o tamanho ou o arranjo de certos aspectos de um sistema escolhido. A função original e o princípio de solução do sistema não mudam. De acordo com Dufour (1996), pode-se estabelecer a seguinte diferenciação entre produtos novos e melhorados: Produtos novos para o mercado: são produtos que a companhia desenvolve e coloca no mercado, podendo ter similares concorrentes ou não, que tenham sido lançados anteriormente. Os produtos podem ter sido resultado de uma nova tecnologia, do uso de sistemas integrados, ou por melhoria de reprojeto. Esses produtos podem não ser considerados novos para a empresa; Produtos novos para a empresa: produtos que a empresa desenvolve pela primeira vez, podendo já haver similares no mercado ou não. Pode ser desenvolvido através de novas tecnologias ou integração de sistemas existentes. Esses produtos também são considerados novos no mercado; Produtos aperfeiçoados: são produtos que a empresa tem total domínio, que já estão presentes no mercado e necessitam ser melhorados por alguma ineficiência, ou então devido a programas de reprojeto ou melhorias constantes, através de pequenas melhoras, onde o trabalho se direciona a uma única parte do produto atual, e também podem ser aplicadas melhorias de maior abrangência, em que quase a totalidade das partes ou sistema são incluídas em um programa de melhoria. Esses não são considerados produtos novos para a empresa, mas podem ser considerados como novos para mercado, devido às novas qualidades. Segundo Hashim, Juster e Pennington (1993), o processo de reprojeto de produtos industriais é a atividade que introduz mudanças no projeto original, satisfazendo e preservando seus requisitos funcionais com a tentativa de gerar possíveis alternativas que melhor atendam à necessidade apresentada..

(34) 34. Conforme Gurgel (apud DUFOUR, 1996, p. 14), estas mudanças podem ser classificadas em três tipos diferentes, que determinarão o grau ou nível de reprojeto: Otimizante: melhoria do projeto do produto pela introdução de técnicas para a elevação da performance da peça principal e redução do custo das peças de suporte. O projeto básico do produto, porém, é mantido; Renovador: o produto é reprojetado com uma nova concepção técnica, bem mais evoluída em relação ao projeto inicial; Revolucionário: criação de um produto totalmente diferente para o exercício das mesmas funções do produto anterior. Para entender melhor o conceito de reprojeto de produtos industriais, é importante saber que sua intenção sempre estará dirigida à redução de custos ou à melhoria da qualidade do produto (acabamento, peso, consumo de energia, etc.). Num programa de reprojeto, os projetistas devem buscar mudanças sem comprometer o nível de segurança e desempenho já alcançado pelo mesmo. 1.3.1 Projeto para Ergonomia Iida (1990) define a ergonomia como o estudo da adaptação do trabalho ao homem. O trabalho aqui tem uma acepção bastante ampla, abrangendo não apenas aquelas máquinas e equipamentos utilizados para transformar os materiais, mas também toda a situação em que ocorre o relacionamento entre o homem e seu trabalho. Isso envolve não somente o ambiente físico, mas também os aspectos organizacionais de como esse trabalho é programado e controlado para produzir os resultados desejados. Observa-se que a adaptação sempre ocorre do trabalho para o homem. É muito mais difícil adaptar o homem ao trabalho. Isso significa que a ergonomia parte do conhecimento do homem para fazer o projeto do trabalho, ajustando-o às capacidades e limitações humanas (IIDA, 1990). Os objetivos práticos da ergonomia são a segurança, satisfação e o bem-estar dos trabalhadores no seu relacionamento com sistemas produtivos. A eficiência virá como resultado. Em geral, não se aceita colocar a eficiência como sendo o objetivo principal da ergonomia, porque ela, isoladamente, poderia significar sacrifício e sofrimento dos trabalhadores e isso é inaceitável, porque a ergonomia visa, em primeiro lugar, o bem-estar do trabalhador (IIDA, 1990)..

(35) 35. Em uma situação ideal, a ergonomia deve ser aplicada desde as etapas iniciais do projeto de uma máquina, ambiente ou local de trabalho. Estas devem sempre incluir o homem como um de seus componentes. Assim, as características desse operador humano devem ser consideradas conjuntamente com as características ou restrições das partes mecânicas ou ambientais para se ajustarem mutuamente uns aos outros (IIDA, 1990). Do ponto de vista ergonômico, todos os produtos, sejam eles grandes ou pequenos, simples ou complexos, destinam-se a satisfazer certas necessidades humanas e, dessa forma, direta ou indiretamente, entram em contato com o homem. Então, conforme Iida (1990), para que esses produtos funcionem bem em suas interações com os seus usuários ou consumidores, devem ter as seguintes características básicas: Qualidade técnica: é a parte que faz funcionar o produto, do ponto de vista mecânico, elétrico, eletrônico ou químico. Dentro da qualidade técnica deve-se considerar a eficiência com que o produto executa a função; Qualidade ergonômica: a qualidade ergonômica do produto inclui a facilidade de manuseio, a adaptação antropométrica, o fornecimento claro de informações, as compatibilidades de movimentos e demais itens de conforto e segurança; Qualidade estética: envolve a combinação de formas, cores, uso de materiais, texturas e cores, para que os produtos sejam visualmente agradáveis. Em cada tipo de produto há, naturalmente, uma ou outra qualidade que pode predominar sobre as outras, mas, em todos eles, essas três características estão presentes. O que varia é a intensidade relativa em cada um deles (IIDA, 1990). Existem muitos casos de uso inadequado de produtos, ou mesmo aqueles mal projetados que não permitem uso adequado, provocando dores e ferimentos nos seus usuários, além de prejudicar o desempenho. Às vezes, um trabalhador pode passar diversas horas por dia manuseando um simples alicate, chave de fenda, serrote ou martelo que exigem movimentos inadequados, não possuem uma boa pega e causam dores e escoriações nos dedos e mãos (IIDA, 1990). A ergonomia tem sido usada como um fator de melhoria da qualidade dos produtos para aumentar a competitividade dos mesmos. Por outro lado, devido ao aumento do nível de informação e do poder aquisitivo dos consumidores, têm sido exigidos produtos de melhor qualidade, e que atendam melhor as suas necessidades (IIDA, 1990). No posto de trabalho, as exigências de forças e torques devem ser adaptadas às capacidades do operador, nas condições operacionais. No caso de uma alavanca, por exemplo, isso significa que a força deve ser medida na posição exata em que essa alavanca estiver.

(36) 36. situada, na postura corporal exigida e no tipo de deslocamento que será efetuado (IIDA, 1990). O manejo é a forma, pela qual é possível, ao homem, transmitir movimentos de comando à máquina. A mão humana é uma das “ferramentas” mais completas, versáteis e sensíveis que se conhece, e devido à grande mobilidade dos dedos, e o dedo polegar trabalhando em oposição aos demais, pode-se conseguir uma grande variedade de manejos, precisão e força dos movimentos. Existem dois tipos básicos de manejo, conforme ilustrado na Figura 18: manejo fino e grosseiro (IIDA, 1990). Manejo fino: é executado com a ponta dos dedos e os movimentos são transmitidos pelos mesmos. Este tipo de manejo garante grande precisão e velocidade, com pequena força transmitida nos movimentos; Manejo grosseiro: os dedos têm a função de prender, enquanto os movimentos são realizados pelo punho e braço. Transmite forças maiores, com velocidade e precisão menores que o manejo fino. Figura 18 - Tipos básicos de manejo. Fonte: Iida (1990, p. 180) De acordo com Iida (1990), os movimentos de pega com a ponta dos dedos, tendo o dedo polegar em oposição aos demais, permite transmitir uma força máxima de 10 kg. E para pegas grosseiras, com todos os dedos fechando-se em torno do objeto, a força pode chegar a 40 kg. A concentração de tensões na mão pode ser minimizada, melhorando-se o desenho da pega, aumentando-se o diâmetro da mesma e eliminando cantos-vivos (IIDA, 1990). A eficácia do corpo humano depende de muitos fatores e apresenta variações tão grandes que é difícil falar em capacidade média. Mesmo assim, pesquisadores levantaram.

(37) 37. dados de grande valia para o projetista. A Figura 19 mostra vários casos de atuação com a respectiva força (BACK, 1983). Figura 19 - Dados diversos de esforços em comandos. Fonte: Back (1983, p. 136) A antropometria trata de medidas físicas do corpo humano (IIDA, 1990). De acordo com Grandjean (1998), como não é possível projetar espaços de trabalho que atendam às pessoas extremas, as mais altas ou mais baixas, então é necessário se contentar em satisfazer as necessidades da maioria, tomando como base as medidas que são representativas da grande maioria das pessoas. Na ergonomia trabalha-se com a parcela de 95% da coletividade, às vezes até 90%. Essa parcela chama-se de limite de confiança (LC) de 95% ou 90%. Quando se escolhe um limite de confiança de 95%, significa que uma parcela de 2,5% dos menores e.

(38) 38. 2,5% dos maiores são excluídos. Pode-se então dizer que somente os valores de 2,5% a 97,5% são considerados. Principalmente para a configuração de controles em máquinas e produtos de consumo são muito importantes as medidas da mão. Na Tabela 2 e Figura 20 são apresentadas as medidas antropométricas da mão conforme Grandjean (1998). Tabela 2 - Medidas antropométricas da mão em cm Homens. Mulheres. Número da medida. Medida antropométrica. Média. LC 90%. Média. LC 90%. 1. Perímetro da mão. 21,1. 19,3 – 23,0. 18,7. 17,5 – 20,1. 2. Largura da mão. 10,6. 9,8 – 11,1. --. --. 3. Perímetro do punho. 17,1. 15,5 – 18,8. 16,1. 14,3 – 17,9. --. --. 4. Perímetro de “pega” (anel formado pelo 13,4 12,0 – 15,3 polegar e indicador) Fonte: Grandjean (1998, p. 43) Figura 20 - Indicação das medidas da Tabela 2. Fonte: Grandjean (1998, p. 43) Conforme Iida (1990), o tamanho dos números e letras influencia na sua legibilidade. O tamanho de letras e números depende da distância de leitura. Em geral, recomenda-se que a altura de letras e números seja 1/200 da distância, em mm. Dessa maneira, como orientação, pode-se usar a seguinte equação:.