Projeto de um sulcador com desarme e rearme

UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

DCEENG – DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS

MATEUS ANTÔNIO DA SILVA NOGUEIRA

Projeto de um Sulcador com Desarme e Rearme

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

Prof. Orientador: Cristiano Lopes Prof. Banca: Olavo Luiz Kleveston

MATEUS ANTÔNIO DA SILVA NOGUEIRA

Projeto de um Sulcador com Desarme e Rearme

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.

Prof. Orientador Cristiano Lopes

MATEUS ANTÔNIO DA SILVA NOGUEIRA

Projeto de um Sulcador com Desarme e Rearme

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:

1º Avaliador: Prof. Olavo Luiz Kleveston, Eng.

AGRADECIMENTOS

Agradeço aos meus familiares e amigos, em especial meu pai e minha mãe, que sempre me apoiaram e incentivaram, cada um de seu modo, a me superar e buscar meus objetivos. Agradeço a todos os professores que compartilharam seus conhecimentos, experiências e sabedoria.

E agradeço a Deus, por ter me colocado no caminho destas pessoas que tanto me ajudaram e são muito importantes para mim.

RESUMO

O presente trabalho tem por objetivo detalhar o processo de projeto de um componente de uma semeadora-adubadora, o sulcador, responsável por abrir sulcos para a deposição de adubo. Porém o objeto de estudo deste trabalho possui um mecanismo que possibilita o deslocamento da haste sulcadora ao ser exposta à uma força contrária de grande intensidade. A este mecanismo será designado o nome de sulcador com “desarme”. Para a confecção do projeto serão utilizadas as ferramentas de projeto que incluem análise das necessidades, confecção de uma estrutura de funções, busca por princípios de solução, confecção da concepção e detalhamento para a produção do protótipo, e a realização de testes. Após serão discutidos os resultados para que seja avaliado se o produto atende os requisitos pré-estabelecidos.

ABSTRACT

This work aims to detail the design process of a component of a seed and manure spreader, the plow, responsible for opening grooves for the deposition of manure. But the subject matter of this work has a mechanism that allows the displacement of the shank to be exposed to an opposing force of great intensity. Named disarm furrower. For the project preparation the design tools will be used, which includes needs analysis, preparation of a structure functions, search for solution principles, making the design and detailing for the production of the prototype, and testing. After that, results will be discussed and assessed whether the product meets the pre-established requirements.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Sistema de desarme com cilindro hidráulico ... 12

Figura 2 – Sistema “Pula-Pedra” da empresa Vence-Tudo ... 12

Figura 3 – Linha de adubação da empresa Semeato ... 13

Figura 4 – Linha com desarme por mola ... 13

Figura 5 – Escarificador com desarme ... 14

Figura 6 – Semeadora Adubadora Saga Plus ... 17

Figura 7 – Semeadora Genius ... 18

Figura 8 – Distribuidor Stara ... 19

Figura 9 – Exemplo de distribuição. ... 19

Figura 10 – Sistema de adubação. ... 21

Figura 11 – Exemplo de linha do adubo com haste sulcadora ... 21

Figura 12 – Mecanismos sulcadores, tipo A: Estreito; tipo B: Alado ... 22

Figura 13 - Casa da Qualidade ... 26

Figura 14 - Diagrama FAST ... 27

Figura 15 – Busca por princípios de solução ... 29

Figura 16 – Matriz Morfológica ... 31

Figura 17 – Interface SolidWorks ... 32

Figura 18 – Busca por princípios de solução ... 33

Figura 19 – Linha de adubação em condição normal ... 34

Figura 20 – Linha de adubação ao passar por obstáculo ... 34

Figura 21 – Funcionamento do gatilho ... 35

Figura 22 – Regulagem do gatilho ... 36

Figura 23 – Módulo de adubação ... 37

Figura 24 – Módulo de Desarme ... 38

Figura 25 – Detalhamento de solda haste guia da mola ... 39

Figura 26 – Detalhamento de usinagem do eixo de articulação ... 40

Figura 27 – Módulo de regulagem ... 41

Figura 28 – Detalhe da usinagem do fuso de regulagem ... 41

Figura 29 – Módulo Estrutural ... 42

Figura 30 – Módulo Estrutural ... 42

Figura 32 – Corpos de fixação modelo soldado ... 44

Figura 33 – Comparação módulo de adubação ... 45

Figura 34 – Comparação módulo de desarme ... 46

Figura 35 – Comparação módulo de regulagem ... 47

Figura 36 – Corpo de fixação esquerdo ... 47

Figura 37 – Corpo de fixação direito ... 48

Figura 38 – Montagem dos eixos no corpo de fixação direito ... 49

Figura 39 – Montagem dos módulos no corpo ... 49

Figura 40 – Montagem do equipamento ... 50

Figura 41 – Comparativo montagem final ... 50

Figura 42 – Bancada teste de desarme ... 51

Figura 43 – Haste desarmada ... 52

Figura 44 – Sulcador com mola dupla puxado pela balança ... 53

Figura 45 – Teste sulcador com mola simples, Esquerda: Regulagem mínima; Direita: Regulagem máxima ... 54

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 9

1.1 Generalidades ... 9

1.2 Justificativa ... 10

1.3 Estudo do estado da arte ... 11

1.4 Objetivo ... 15 1.5 Objetivos específicos ... 15 1.6 Organização do trabalho ... 15 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 16 2.1 Definições básicas ... 16 2.1.1 Semeadoras adubadoras ... 16 2.1.2 Plantio direto ... 20 2.1.3 Sistema de adubação ... 20

2.1.4 Haste sulcadora facão ... 22

2.1.5 Resistência do solo à penetração ... 23

3 PROJETO DO SULCADOR ... 25

3.1 Análise das Necessidades ... 25

3.2 Projeto conceitual ... 27

3.2.1 Diagrama FAST ... 27

3.2.2 Busca por princípios de solução ... 28

3.2.3 Matriz morfológica ... 30

3.3 Projeto detalhado ... 31

3.3.1 Generalidades do equipamento ... 33

3.3.2 Funcionamento do produto ... 33

3.3.3 Detalhamento do módulo de adubação ... 36

3.3.4 Detalhamento do módulo de desarme ... 38

3.3.6 Detalhamento do módulo estrutural ... 42

4 CONSTRUÇÃO DA CONCEPÇÃO E TESTES ... 45

4.1 Construção da concepção ... 45

4.1.1 Produção do módulo de adubação ... 45

4.1.2 Produção do módulo de adubação ... 46

4.1.3 Produção do módulo de regulagem ... 46

4.1.4 Produção do módulo estrutural ... 47

4.2 Montagem do protótipo ... 48

4.3 Testes ... 51

4.3.1 Teste de desarme ... 51

4.3.2 Teste da força necessária para desarmar ... 52

4.4 Resultados ... 54

5 CONCLUSÃO ... 55

1 INTRODUÇÃO

1.1 Generalidades

O presente trabalho visa relatar o processo de desenvolvimento do projeto, que passa pelo estudo do estado da arte, análise das necessidades, projeto conceitual e detalhado, posteriormente a construção do protótipo e testes, de uma haste sulcadora de uma semeadora, com uma mecanismo que possibilita o desarme desta haste quando exposta a um obstáculo que lhe oferece uma determinada resistência, como, por exemplo, quando a haste passa diretamente por uma pedra, podendo lhe causar avarias que fazem o operador perder tempo na função de corrigir estes danos, quando poderia estar terminando a função do plantio.

Utilizando-se de métodos de desenvolvimento de projetos, visa-se obter uma análise detalhada das necessidades que esta solução deve sanar, buscando sempre a melhor funcionalidade e custo benefício do produto, para que este possa ter uma viabilidade comercial que o torne competitivo no mercado.

Atualmente há uma grande padronização de componentes de semeadoras dentre as diversas fabricantes, e isto é uma tendência que beneficia os produtores de modo que a procura por componentes torna-se mais fácil. Esta será também, uma delimitação do desenvolvimento da solução, já que a possibilidade de montagem do produto em diversas máquinas, torna o projeto viável comercialmente, tendo em vista o público maior que este produto poderá atender.

Após o desenvolvimento e escolha da melhor concepção do projeto, este deve ser testado para que seja obtido resultados práticos que definam se este pode ou não ser desenvolvido, e que melhorias podem ser implantadas no projeto para a produção, de modo que o produto final chegue na lavoura com o máximo de possibilidade de obter êxito em solucionar as necessidades para as quais foi desenvolvido.

Olhando-se pelo lado do produtor, quanto menor for a necessidade de preparo do solo para o plantio melhor, em qualquer área da produção um pequeno ganho de tempo faz a diferença na hora do balanço final de custo do produto ou processo. Essa busca por ganho de tempo para o início do processo de plantio desencadeou a busca por desenvolvimento de soluções para o caso, tanto por parte das industrias fabricantes de implementos, como propriamente pelo agricultor que acaba por desenvolver uma solução para o seu caso em específico.

Por isto espera-se desenvolver um sistema sulcador que possibilite a movimentação da haste sulcadora caso esta sofra um grande impacto capaz de causar danos a esta e ao implemento em que está inserida. O produto deve ser também de simples montagem e manutenção, com alta compatibilidade com máquinas atuais no mercado, voltadas para o plantio de culturas de verão e com linhas pivotadas para a adubação.

1.2 Justificativa

Levando-se em conta que, no ponto de vista do agricultor, público alvo deste projeto de melhoria, qualquer minuto desperdiçado com manutenção na lavoura é um custo alto e desnecessário, sempre haverá demanda de soluções e melhorias, do menor ao maior problema, abrindo mercado para empreendedores.

O problema a ser tratado, adentra em uma parte específica desse todo. Nas máquinas agrícolas dedicadas ao plantio, especificamente tratando-se de semeadoras adubadoras, que tem por objetivo fazer as duas operações com o mesmo implemento, encontra-se a denominada linha de adubação, que normalmente dispõe de um disco de corte, para cortar a palha, e uma haste sulcadora, responsável por abrir sulcos no solo e depositar o adubo por meio de um condutor interligado ao sulcador.

A ocorrência de pedras não é rara nos solos dedicados ao plantio por todo o país, sendo de grande incidência também no Rio Grande do Sul, e estes detritos principalmente rochosos podem acarretar em danos físicos ao implemento, principalmente no sistema sulcador.

Com esta realidade, os desenvolvedores buscam sempre iniciativas para minimizar ao máximo que estes obstáculos venham a desgastar e danificar o implemento e seus componentes, e, para uma adubação de qualidade é necessário que o sistema responsável fique normalmente na posição em que foi projetado para atuar, bem como se desloque de sua posição para contornar possíveis obstáculos para não correr o risco de quebrá-lo.

Existem soluções que aumentam a vida útil, como os chamados pula-pedras, que serão explicados posteriormente, são soluções mecânicas baratas que aumentam a vida útil do produto, porém prejudicam na qualidade da adubação. Enquanto que os

sulcadores com desarme automático com atuadores pneumáticos tem resposta rápida de desarme e rearme, propiciando uma adubação de qualidade, porém encarecendo o implemento como um todo, inclusive inviabilizando sua comercialização para produtores que não dispuserem de tratores mais novos.

Desta forma o projeto do sulcador com desarme e rearme, deverá ser uma opção aos outros, no quesito eficiência e custo benefício, buscando um equilíbrio entre as duas características.

1.3 Estudo do estado da arte

Muitas empresas investem na busca por soluções nesta área especifica, bem como alguns criam suas próprias soluções personalizadas as suas necessidades. Contudo, os sistemas disponíveis no mercado, em sua grande maioria parte para dois grupos divididos, os grandes produtores, com grande poder aquisitivo, e os pequenos produtores, com baixo poder de compra.

Isto forma uma lacuna, em que uma solução eficiente e barata que possa sanar o mercado de médio poder aquisitivo possa se inserir com grande competitividade neste meio.

Um exemplo de um produto voltado ao público com grande poder aquisitivo, que busca uma solução eficiente sem se preocupar com o custo é o modelo da patente sob o número PI0104992, que como forma de desarmar a haste sulcadora de sua posição de trabalho, possui um cilindro hidráulico, que, com a ajuda de sensores, ao detectar uma grande força contrária à haste, alivia a pressão do cilindro hidráulico, desarmando a haste, como mostrado na Figura 1.

Já para os produtores que também sofrem com o problema de obstáculos prejudiciais aos implementos em suas lavouras, porém não possuem meios de obter esta solução, alguns dispositivos mecânicos, em que o disco que corta a palha na linha de adubação, protege o sulcador.

Figura 1 – Sistema de desarme com cilindro hidráulico

Fonte: PI0104992

Estes exemplos estão amplamente presentes no mercado, e mesmo algumas mecânicas de pequeno porte e até alguns agricultores adaptam este sistema em suas máquinas, mais comumente denominado de sistema “pula-pedra”, cujo nome foi patenteado pela empresa Vence-Tudo, sendo o sistema empregado pela empresa, ilustrado pela Figura 2. Sistemas similares são disponibilizados por empresas como Semeato (Figura 3) bem como outras fabricantes.

Figura 2 – Sistema “Pula-Pedra” da empresa Vence-Tudo

Fonte: http://br.viarural.com/agricultura/maquinaria-agricola/vence-tudo/semeadora-adubadora-hidraulica-sa-caracteristicas.htm

Figura 3 – Linha de adubação da empresa Semeato

Fonte: http://www.semeato.com.br/pt-br/produtos/sol-tt-fastfill#conteudo

Este tipo de solução tem como vantagem o preço e simplicidade, porém a adubação em si perde em qualidade, ao afastar o condutor de adubo do solo, pois este está preso à haste sulcadora, diminuindo assim a qualidade de adubação.

Uma solução mecânica que se assemelha ao produto apresentado que utiliza um cilindro hidráulico para o desarme, utiliza uma mola para realizar o desarme, como o modelo de utilidade MU 9001965-2 U2, representado pela Figura 4. A desvantagem deste produto fica por conta de que a força de resistência que o solo oferece à haste sulcadora, constantemente comprime a mola, de modo que altera a posição de deposição do adubo pelo condutor, e isto também tem influência negativa à qualidade da adubação proporcionada pela linha.

Figura 4 – Linha com desarme por mola

Os implementos chamados de escarificador, que tem por função a descompactação do solo, preparando para o plantio direto, em alguns casos também possuem dispositivos de desarme, possuindo sistemas mecânicos e pneumáticos semelhantes aos mostrados anteriormente. Na Figura 5 pode-se visualizar o sistema de desarme mecânico de um escarificador.

Este que ao ser aplicado uma força contrária, deslocasse de sua posição, porém para seu retorno há a necessidade de levantar o implemento, sendo que os anteriormente mostrados tem seu retorno dado pela mola ou cilindro hidráulico, automaticamente ao passar pelo obstáculo.

Figura 5 – Escarificador com desarme

Fonte: Arquivos da IMASA

Logo, verifica-se a variedade de soluções que foram encontradas para a dificuldade de proteção da haste responsável pela abertura de sulcos no solo, e ainda assim as possibilidades de melhoria, que serão exploradas neste trabalho.

Portanto, esta solução pretende encontrar um meio termo, buscando qualidade de adubação, com uma boa viabilidade econômica para o consumidor final, e que este necessite do mínimo de atualização em seu implemento agrícola para que seja montado o produto deste trabalho.

1.4 Objetivo

O presente trabalho tem como objetivo principal desenvolver um projeto de um sistema sulcador com a característica de desarme e rearme, realizando a construção do protótipo da concepção escolhida.

1.5 Objetivos específicos

 Pesquisar modelos de sulcadores presentes no mercado;  Analisar as necessidades que o produto deverá suprir;  Identificar as funções que o sistema deverá possuir;  Buscar soluções para as funções do equipamento;  Construir o protótipo com as soluções encontradas;

 Realizar testes de funcionamento e de cargas para o desarme;  Dispor de regulagens para o desarme conforme o solo.

1.6 Organização do trabalho

Os seguintes capítulos irão apresentar as etapas de desenvolvimento do projeto, sendo o capítulo 2 responsável por discriminar a revisão bibliográfica do trabalho. O capítulo 3 aborda o projeto, desde as análises das necessidades, a concepção do projeto conceitual, passando pelas metodologias do diagrama da estrutura de funções, a busca por princípios de solução e a geração e avaliação das concepções. Ainda no capítulo 3 é descrito o desenvolvimento do projeto detalhado, enquanto no capítulo 4 são descritos a confecção da concepção escolhida e os testes realizados na concepção, e no capítulo 5 contém as considerações finais.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

As atividades a serem desenvolvidas durante o desenvolvimento do trabalho seguem uma metodologia de projeto, descrita em Valdiero (1997), sendo utilizada para o desenvolvimento da solução para a adubação em terrenos acidentados e com obstáculos prejudiciais à integridade física dos componentes responsáveis pela adubação nas semeadoras adubadoras.

Os tópicos a serem seguidos conforme a metodologia de Valdiero (1997) são os seguintes:

1. Estudo do problema;

2. Identificação dos desejos do cliente (Casa da Qualidade);

3. Análise e concepções de uma estrutura de funções (Diagrama FAST); 4. Busca por princípios de soluções;

5. Geração de concepções para solução do problema; 6. Avaliação e escolha da melhor concepção;

7. Projeto Detalhado; 8. Construção do Protótipo: 9. Testes e Modificações; 10. Documentação.

2.1 Definições básicas

A partir desta seção será descrito as definições básicas referentes às máquinas agrícolas dedicadas ao plantio, denominadas de semeadoras adubadoras e suas características, o plantio direto e a resistência do solo, para auxiliar no entendimento em relação ao componente destas máquinas que são objetos de estudo deste projeto.

2.1.1 Semeadoras adubadoras

Segundo MACHADO et al. (1996), as máquinas semeadoras adubadoras são implementos que fazem a função de adubar e semear ao mesmo tempo. Estas

possuem o reservatório de adubo e semente, e para que seja depositado no solo, adubo e semente passam por sistemas de condução que chegam às denominadas linhas, que atuam diretamente com o solo, abrindo sulcos para a deposição de adubo e semente, conforme demonstrado na Figura 6.

A máquina em que se baseia o projeto é uma semeadora adubadora de precisão, específica para culturas de verão, com soja, milho, girassol, dentre outras sementes consideradas grãos graúdos, e faz parte da linha de produção da empresa IMASA de Ijuí, e tem como nome do produto Saga Plus (Figura 6).

Figura 6 – Semeadora Adubadora Saga Plus

Fonte: Manual do Proprietário Saga Plus - IMASA

Devido à crescente padronização de componentes entre fabricantes, este deverá montar com o mínimo de adaptações em outras máquinas do mesmo segmento.

Existem outros modelos de máquinas de plantio, inclusive especiais, com características personalizadas para o comprador, adaptadas para as condições que irá encontrar em trabalho, dentre outras possíveis características. Mas referente às suas classificações, podem ser divididas em, semeadoras de precisão, semeadoras de fluxo contínuo, semeadoras múltiplas, e semeadoras a lanço.

Semeadoras de precisão possuem um sistema de dosagem de semente através de um disco rotativo com encaixes para semente, sendo que ao passar por um ponto específico, elas caem uma a uma por um condutor até o solo, garantindo um espaçamento específico entre as sementes, necessários para o seu desenvolvimento.

Semeadoras de fluxo contínuo são normalmente utilizadas para culturas de inverno, como trigo, cevada, centeio, dentre outras sementes consideradas finas. Sua diferenciação se dá pela dosagem feita através de um rotor helicoidal rotativo, dentro de um reservatório de semente basicamente unificado e próximo ao reservatório de adubo, sendo levado pelos tubos condutores até a linha, onde juntam-se semente e adubo para deposição no solo, como exemplificado pela Figura 7.

Figura 7 – Semeadora Genius

Fonte: http://www.geniusplantadeiras.com.br/noticias_selecionado.php?id_noticia=12

Semeadoras a lanço, possuem por característica principal um tipo de prato rotativo com pás que lançam a semente que desce por uma abertura no reservatório em formato de funil, e também podem ser utilizados para distribuir fertilizantes e corretivos. A Figura 8 ilustra um distribuidor de sementes a lanço.

Figura 8 – Distribuidor Stara

Fonte: http://www.stara.com.br/produto/tornado-1300/

Semeadoras múltiplas são máquinas que com pequenas adaptações podem ser convertidas para funcionar como uma semeadora de precisão ou de fluxo contínuo, dependendo do que se deseja plantar.

Na Figura 9 é possível ver como fica a distribuição de sementes de cada tipo de semeadora.

Figura 9 – Exemplo de distribuição.

2.1.2 Plantio direto

O termo plantio direto foi adotado pela Federação de Associações de Plantio Direto na Palha, por ser nomenclatura popular, embora a operação executada seja a de semeadura (DALLMEYER, 2001 apud SILVA, 2003, pg. 9).

Este sistema resulta na necessidade de rotatividade de culturas, para que os nutrientes do solo possam ser reciclados e que haja a formação de palha, sem o revolvimento do solo, com o mínimo possível de interferência no solo e na palhada de cobertura, protegendo-o ao longo do ano (SATURNINO, 2001 apud SILVA, 2003, pg. 9). Para este sistema de plantio, as semeadoras são especificamente preparadas para o corte da palha, abertura de pequenos sulcos, deposição de fertilizantes e sementes, e posteriormente a cobertura dos mesmos.

A implantação da haste do tipo facão nas semeadoras-adubadoras permite realizar o rompimento, mesmo que superficial do solo, juntamente com o trabalho de semeadura, porém implica no leve aumento da força de tração necessária para operar o implemento.

2.1.3 Sistema de adubação

O sistema de adubação de uma semeadeira consiste em reservatórios, onde é depositado o adubo que será aplicado no solo. Neste é montado distribuidores que dosam a quantidade de adubo que deve ir para cada linha de adubação, regulado conforme o operador necessitar por meio de um câmbio de engrenagens. Deste dosador, o adubo é passado pelos tubos condutores até a linha de adubação.

Esta linha, possui um sistema de abertura de sulcos, chamado sistema sulcador, responsável por abrir os canais onde será depositado o adubo no solo. Este sistema é exemplificado pela Figura 10.

O sistema sulcador usualmente consiste, em uma linha de adubação (Figura 11), em que os componentes como a haste (1), feita de um material de alta resistência, como aço com médio teor de carbono que pode receber têmpera.

Na haste (1) geralmente é fixado o tubo condutor do adubo (2), que direciona o adubo para ser depositado no sulco aberto pela haste. Na haste ainda é montado a chamada navalha (3) que possui uma geometria que facilita a penetração no solo. O

conjunto sulcador é montado nos “braços da linha” (4) que e articula e possui uma mola que a pressiona contra o solo.

Figura 10 – Sistema de adubação.

Fonte: Manual do Proprietário Saga Plus - IMASA

Ainda possui um disco de corte (5) responsável por cortar a palha e dar a primeira calada no solo. Este tipo de linha utilizada no exemplo são denominadas pivotadas, caracterizadas pelo único ponto de articulação da linha.

Figura 11 – Exemplo de linha do adubo com haste sulcadora

O sistema sulcador em si, por sua vez, além de ter a função de descompactar o solo para a deposição do adubo, ele facilita a penetração dos discos duplos que abrem o sulco em que será depositada a semente, discos estes, que fazem uma pressão contra o solo inferior aos do sulcador, por isso a haste facilita o trabalho de penetração dos discos duplos para a deposição da semente.

2.1.4 Haste sulcadora facão

A haste a ser projetada, também chamada de haste tipo facão, é definida como tendo uma função semelhante a do escarificador, que mobiliza o solo até uma determinada profundidade (30 cm no máximo), tendo uma mínima mobilização superficial, sendo a haste tipo facão normalmente responsável por mobilizar o solo a uma profundidade de 10 cm a 22 cm em média (MACHADO et al. 1996).

Porém as hastes do tipo facão aqui utilizadas, como estando em uma semeadoras adubadoras, não tem a mesma resistência que um escarificador, necessitando assim de um solo mais preparado, com menos restos de outras culturas ou obstáculos em geral, pois estes podem provocar embuchamento ou danificar o conjunto, e dentre os tipos de sulcadores, é o que mais demanda de força de tração do trator, segundo MACHADO et al.(1996). A Figura 12 exemplifica os modelos de hastes sulcadoras disponíveis no mercado.

Figura 12 – Mecanismos sulcadores, tipo A: Estreito; tipo B: Alado

Dias (2010) descreve a haste facão como semelhante a ponteira de um escarificador, que é utilizada para solos menos adensados, pouco mais preparados, e que em comparação com os discos duplos, por exemplo, que também podem ser utilizados para abrir sulcos para deposição de adubo, a haste exige mais esforço de tração (até 15 cv/linha).

Dias (2010) também descreve que a haste pode ser utilizada para remover as camadas mais superficiais compactadas, que ele é usado apenas para abrir sulco para o adubo e que como desvantagem possui alto índice de desgaste.

Com base nestas definições de semeadoras adubadoras, linha de adubação e sistema sulcador, atrelado às necessidades encontradas junto aos consumidores que utilizam deste tipo de sistema sulcador, será desenvolvido o projeto para a solução do problema de se adubar o solo que contém obstáculos que prejudicam o sistema sulcador.

2.1.5 Resistência do solo à penetração

O estudo de SILVA (2003) resultou nas seguintes definições:

“A compactação do solo determina as proporções entre ar, água e temperatura, e estas influenciam a germinação, emergência, crescimento radicular e praticamente, todas as fases de seu desenvolvimento (Santos, 1998). Esta compactação do solo pode ser caracterizada por meio da resistência à penetração, que é um atributo diretamente relacionado ao crescimento das plantas (Letey, 1985).

Segundo Goedert et al. (2002) os principais efeitos negativos da compactação do solo são: aumento da resistência mecânica ao crescimento radicular, redução da aeração, disponibilidade de água e nutrientes e, consequentemente, decréscimo na produtividade agrícola.

Rosolem et al. (1999) verificaram que próximo a densidade máxima do solo máxima, a resistência à penetração é superior nos solos mais argilosos comparado aos arenosos, e que pequenos incrementos na densidade do solo em solos argilosos compactados, causam acentuados incrementos na resistência do solo à penetração.

Analisando o efeito do teor de água e da pressão aplicada na compactação do solo, Pereira et al. (2002) concluíram que o teor de água do solo de 20 % proporciona um estado estrutural favorável a um aumento da macroporosidade do solo, e ainda que no teor de água de 24,5% há um aumento na resistência do solo à tração com o aumento da pressão aplicada.

No sistema de plantio direto, é comum a compactação do solo na camada superficial, podendo ser causada pelos pneus dos tratores e implementos pesados,

sendo que pode ser agravada pela utilização destes enquanto há um alto índice de umidade no solo.

Segundo Mello et al, 2002 apud Silva (2003), a utilização de um mecanismo sulcador do tipo haste facão resultou em uma diminuição da resistência do solo à penetração, aumento da macroporosidade do solo e um aumento de 11,3% na produção de milho, em relação ao sulcador tipo disco duplo.

3 PROJETO DO SULCADOR

Nesta primeira fase, busca-se identificar a oportunidade de mercado ou um problema de engenharia, conforme VALDIERO (1997). A partir desta fase será definido as diretrizes de projeto que deverão ser seguidas até sua conclusão, quais características devem ser respeitadas e quais não tem grande necessidade de serem atendidas, pois em determinados casos, ao se atender uma característica, acaba-se por, consequentemente, tornando impossível atender outra.

Para isto, será usada a ferramenta casa da qualidade, que permite a quantificação da importância de uma característica em relação a outra, podendo assim obter com mais clareza as informações mais importantes que devem ser seguidas no projeto.

3.1 Análise das Necessidades

Para a análise das necessidades, será utilizada a ferramenta de projeto denominada Casa da Qualidade. Esta é uma técnica que organiza informações de requisitos do consumidor e relaciona com as características de engenharia, possibilitando uma avaliação de prioridades de características e a comparação com produtos concorrentes.

A elaboração da casa da qualidade para este projeto contou com o auxílio de produtores que estabeleceram algumas características que julgaram necessárias para o projeto caso fossem adquirir o produto. Os desejos dos clientes, já correlacionados com as características de engenharia, bem como as notas de importância relativa, unidades e valores de meta, estão disponíveis na casa da qualidade montada na Figura 13.

Com base na casa da qualidade, é possível perceber a importância de cada quesito, como a funcionalidade do sistema, que influencia diretamente na vida útil do próprio produto, bem como do implemento em que está instalado. Logo, um ponto que se deve prestar atenção é, como era de se esperar, na funcionalidade do sistema. Em contraponto, o custo de aquisição tem baixa importância relativa, já que se o sistema

funcionar, o custo de investimento no produto trará um bom custo-benefício, além do ganho de tempo na lavoura.

Figura 13 - Casa da Qualidade

Fonte: Autor

Com estas predefinições o projeto segue com a premissa de se fazer um sistema simples, eficiente, de manutenção barata e que seja seguro. Partindo disso será estruturado as funções básicas que o sistema deverá ter para contemplar as necessidades encontradas junto aos clientes e as características de engenharia definidas.

3.2 Projeto conceitual

Nesta seção será utilizado as técnicas de Análise Funcional de Sistemas (Diagrama FAST), busca por princípios de solução, matriz morfológica e o projeto conceitual resultante. A partir destas características encontradas pretende-se obter um produto que satisfaça a necessidade principal, que no caso é prover adubação, com uma forma de que a haste que abre os sulcos, de alguma forma contorne possíveis obstáculos em seu caminho, como por exemplo pedras.

3.2.1 Diagrama FAST

Nesta seção será utilizado as técnicas de Análise Funcional de Sistemas (Diagrama FAST). A análise funcional de sistemas, ou Diagrama FAST trata de uma hierarquização de funções, do mais alto nível (função desejada para o produto) até o mais baixo (funções que possibilitam a realização da função principal), realizada através de pensamento lógico. As funções de baixo nível, ou básicas, darão uma visão mais objetiva das peças mais básicas a serem projetadas.

Esta técnica, que hierarquiza de forma lógica as funções básicas e específicas do projeto, segue descrita na Figura 14.

Figura 14 - Diagrama FAST

As funções básicas encontradas para suprir a necessidade principal que é de prover adubação ao solo em que será plantado foram:

- Prover Sulcador: É necessário prover uma haste sulcadora para a abertura de

sulcos no solo para que seja depositado o adubo;

- Prover Condutor de Adubo: O adubo deve ser direcionado para onde os sulcos

foram abertos. Este normalmente fica ligado à haste sulcadora.

- Prover Deslocamento do Sulcador: A haste sulcadora deve “sair” de sua

posição de trabalho para que contorne o possível obstáculo que pode causar danos a mesma.

- Prover Estrutura: O conjunto sulcador deve ser suportado por uma estrutura

que o mantenha rígido ao trabalhar e proporcione também um deslocamento seguro do sulcador.

- Prover Regulagem: O sistema deve proporcionar uma regulagem para a

adaptação da sensibilidade do desarme, dependendo do volume e tipos de obstáculos que o solo em que o sistema trabalhará tiver.

- Prover Ligação: O conjunto deve possuir uma forma simples de se acoplar às

linhas de adubação das semeadoras, sendo necessário o mínimo de adaptação possível.

A partir destas características encontradas, parte-se para a busca por princípios de solução que sanem estas necessidades, sugerindo-se três ou mais alternativas que possam sanar estas necessidades, conforme Valdiero (1997). A concepção da busca por princípios de solução pode ser vista na seção a seguir.

3.2.2 Busca por princípios de solução

Como anteriormente descrito, nesta seção será aplicado a metodologia da busca por princípios de solução, sendo que nesta fase são procurados mecanismos, elementos de máquinas, sistemas e princípios de funcionamento que sanem as necessidades das funções de baixo nível encontradas no diagrama FAST.

A confecção dos módulos podem ser vistas na Figura 15. Nela estão agrupadas funções compatíveis para que haja uma síntese das concepções que busque simplificar as funções.

Figura 15 – Busca por princípios de solução

Fonte: Autor

No módulo A, em azul, é mostrado a concepção da solução para função “prover estrutura”, englobando a função de “prover ligação”, o módulo B é referente às funções “prover sulco” e “prover condutor de adubo”, estando estes na cor preta.

É possível ver no módulo C, em cinza, a concepção de um mecanismo, até então representativo para a função “prover desarme”, e, na cor dourada, no módulo D é representado a opção para a função “prover regulagem”.

A seguir serão descritos para cada módulo, os princípios de solução gerados.

Módulo Estrutural

A1 – Estrutura que envolve todo o sistema, protegendo-o e ligando-o aos “braços” da linha, com encaixes para esta função.

A2 – Estrutura que liga apenas os pontos de fixação e de giro dos componentes de desarme e sulcador aos “braços” da linha de adubação.

A3 – Pontos de fixação e giro diretamente ligados aos “braços” da linha.

Módulo de Adubação

B1 – Sulcador com um tubo condutor ligado a ele por solda, que possuam a capacidade de “desarmar” de sua posição de trabalho quando necessário, e “rearmar” para a posição de trabalho ao voltar às condições normais de trabalho. Este com a mangueira que conduz o adubo à linha ligado diretamente ao condutor.

B2 – Sulcador com um tubo condutor ligado a ele por solda, com um componente montado a ele de borracha (para que se deforme quando o sulcador desarmar), que possuam a capacidade de “desarmar” de sua posição de trabalho quando necessário, e “rearmar” para a posição de trabalho ao voltar às condições normais de trabalho. Tendo ainda na parte superior um bocal para montagem da mangueira que conduz o adubo à linha.

Módulo de Desarme

C1 – Cilindro Hidráulico que libera o fluido ao detectar, por meio de sensores, uma força contrária de grande intensidade.

C2 – Pino fusível que ao ser tencionado demasiadamente, cisalha, deixando o sulcador livre e protegendo-o dos danos.

C3 – Mecanismo tipo gatilho que possibilita o Desarme da haste sulcadora de sua posição de trabalho ao ser exposta à forças contrárias de grande intensidade, e que, ao superar estes obstáculos, a atuação de uma mola possibilite o retorno do sulcador a sua posição inicial.

Módulo de Regulagem

D1 – Regulagem digital da quantidade de força contrária necessária para que o cilindro hidráulico de desarme libere o fluido no seu interior, desarmando assim o sulcador.

D2 – Sistema tipo fuso que aumenta ou diminui a deformação inicial da mola do desarme, consequentemente facilitando ou diminuindo a sensibilidade de desarme do sistema.

3.2.3 Matriz morfológica

Nesta fase os mecanismos propostos são organizados de modo ilustrativo em uma matriz, chamada Matriz Morfológica. Nelson Back et al. (2008) descreve como

Brainstorming, do inglês brain = cérebro e storm = tempestade, o processo de

tempestade de ideias para a montagem da Matriz Morfológica, sendo neste caso a representação das funções. A concepção da matriz morfológica está descrita na Figura 16.

Figura 16 – Matriz Morfológica

Fonte: Autor

A concepção a ser sintetizada, com base nas necessidades encontradas, deve conter as seguintes alternativas em sua configuração: A1, B2, C3 e D2, devido suas já descritas características que lhe conferem boa funcionalidade sem acréscimo de custo em relação às outras opções.

3.3 Projeto detalhado

Nesta seção será descrito e mostrado o processo de detalhamento do projeto para a produção, bem como a produção em si do protótipo para testes.

Com base nessas informações obtidas, são geradas as Concepções para

Solução do Problema, que objetiva unir os princípios de soluções compatíveis,

gerando um conjunto de soluções para a posterior análise de sua viabilidade, onde, juntamente com uma descrição detalhada da concepção, forneça uma imagem clara da ideia pensada.

Após a geração da concepção, esta deve ser detalhada, para que o projeto possa ser confeccionado para que ocorram os testes, que determinam se o produto atende ou não as necessidades para as quais ele foi desenvolvido.

Neste momento do projeto, os componentes já devem ser verificados se estão adequados conforme os processos de fabricação e montagem das peças, ou seja, se alguma geometria ou componente está fora dos padrões de fabricação e montagem, este deve ser alterado para que facilite estes processos, reduzindo o custo de produção, conforme Bralla (1999).

Os desenhos para a fabricação devem conter todas as especificações necessárias para que a peça ou conjunto produzido fique o mais próximo possível do modelo projetado. Fatores como simplicidade, clareza, padronização de peças e medidas, direcionar o projeto para a manufatura, montagem e transporte, são importantes, facilitam e ajudam a viabilizar o projeto.

O produto, deve ser de fácil adaptação na maioria das semeadoras do segmento que possui linhas de adubação do tipo pivotadas, porém o projeto será desenvolvido tendo em foco a máquina Saga Plus da empresa IMASA, sendo nesta empresa que o protótipo será desenvolvido e testado.

Toda a parte do projeto computacional foi desenvolvida com o auxílio do software de desenho em CAD, utilizado pela IMASA, SolidWorks, sendo que tanto o modelo em três dimensões quanto os detalhamentos para fabricação podem ser feitos nele, que também gera a lista de componentes conforme lhe é inserido as informações e componentes dentro do projeto. A Figura 17 ilustra a interface do programa utilizado.

Figura 17 – Interface SolidWorks

3.3.1 Generalidades do equipamento

A concepção será constituída, baseando-se nos princípios de solução encontrados na matriz morfológica, em basicamente quatro módulos, sendo estes Estrutural, Adubação, Desarme e Módulo de Regulagem (Figura 18).

Figura 18 – Busca por princípios de solução

Fonte: Autor

3.3.2 Funcionamento do produto

O equipamento funciona, quando não há a necessidade de desarme, como um sulcador convencional, que por meio da pressão contra o solo, fornecida pela mola da linha de adubação, abre sulcos no terreno para a deposição do adubo, sendo este conduzido pelo sistema de condução integrado ao sulcador, conforme mostrado na Figura 19.

Quando há pelo caminho, uma pedra ou obstáculo com capacidade suficiente para causar danos na haste, esta ao chocar-se com o objeto movimenta-se em torno do ponto de giro até passar pelo obstáculo, exemplificado na Figura 20, e de forma automática e instantânea após passar por ele, a haste retorna a sua posição de trabalho.

Figura 19 – Linha de adubação em condição normal

Fonte: Autor

Figura 20 – Linha de adubação ao passar por obstáculo

Fonte: Autor

Enquanto o sulcador movimenta-se conforme necessário, o sistema possui um terminal rígido em relação aos braços da linha, onde é montado a mangueira condutora do adubo, sendo esta, ligada ao elemento de condução de adubo,

composto por uma peça de borracha flexível, que sofre deformação com o movimento do sulcador, e depois retorna também à sua posição inicial.

Este desarme e rearme é possibilitado pelo módulo de desarme, funciona como uma espécie de gatilho, que ao ser pressionado de forma demasiada, cede de sua posição deixando a haste livre para se movimentar em torno do ponto de giro, sendo este movimento mostrado pela Figura 21.

Estes pontos em que o gatilho e o sulcador giram em torno, fazem o trabalho também de ligação dos componentes que tem movimento, como gatilho e sulcador, com os corpos fixos de proteção que ligam o conjunto à linha de adubação da semeadeira.

Figura 21 – Funcionamento do gatilho

Fonte: Autor

O sistema ainda possui um mecanismo em fuso, que, com uma chave de boca com abertura de 26 mm, pode-se regular a sensibilidade de desarme, pré-deformando a mola que sustenta o gatilho de desarme em até 25 mm, sendo esta função ilustrada pela Figura 22.

Figura 22 – Regulagem do gatilho

Fonte: Autor

3.3.3 Detalhamento do módulo de adubação

O módulo de adubação deve possuir um sulcador (1) montado de tal forma que permita sua articulação, juntamente com o condutor (2) ligado diretamente a ele por meio de solda, neste é montado um corpo de borracha flexível (3) que permite a articulação da haste sulcadora, e na parte superior do condutor de borracha, deve haver um corpo fixo (4) para que seja montado a mangueira que conduz o fertilizante do reservatório aos condutores inferiores.

A haste sulcadora deve possuir um desenho compatível para a montagem de navalhas (5) padrões do mercado, para que a reposição de peças se torne mais fácil. A Figura 23 representa o módulo de adubação montado.

Figura 23 – Módulo de adubação

Fonte: Autor

A haste sulcadora (1) é produzida a partir de uma chapa de aço SAE 1045, com 12,70 mm de espessura (1/2”) cortada pelo processo de corte a laser, com as usinagens que possibilitam a montagem da ponteira (5). Na haste é soldada o tubo condutor (2), que é fabricado a partir de um tubo redondo com costura de Ø38,10 mm com uma parede de 2,25 mm, sendo o conjunto haste e condutor soldado, posteriormente temperado para que haja o aumento da dureza e resistência mecânica dos componentes.

A ligação de borracha (3) é feita a partir de um componente condutor já existente nas semeadoras-adubadoras da marca Imasa, sendo apenas cortada no tamanho necessário para a montagem no conjunto (cerca de 200 mm). O terminal de engate da mangueira condutora de adubo (4) também é uma peça padronizada IMASA, cujo material de fabricação é o polietileno, que toma a forma desejada, neste caso, pelo processo de moldagem por sopro.

A ponteira (5) faz parte também da linha de produção da empresa IMASA, sendo esta de ferro fundido, fabricada de forma terceirizada pela empresa APQR Engenharia, de Passo Fundo.

3.3.4 Detalhamento do módulo de desarme

O módulo de desarme é composto pelo gatilho de desarme (1), que fica tensionado pelas molas (2) montadas na haste da mola (3). Articuladores (4) ligam o gatilho ao sulcador. Tanto gatilho com haste possuem pontos de giro fixados por eixos (5) que também fixam a estrutura de proteção do sistema, sendo que estes possuem entalhe para chaveta, rosca para fixação por porcas M16, e canais internos para o engraxamento do sistema. Estes componentes estão ilustrados na Figura 24.

Figura 24 – Módulo de Desarme

Fonte: Autor

O gatilho (1) é produzido a partir de uma chapa SAE 1045 de 12,70 mm de espessura, bom como os articuladores (4). As molas (2) são feitas de aço mola classe “C”, a interna de 6,35 mm de diâmetro, enquanto a externa de 11 mm de diâmetro.

A haste guia da mola (3) possui dois engates de chapa soldadas em um flange de 60 mm de diâmetro por 6,35 mm de espessura, sendo estes ainda, soldados em uma barra de aço redondo SAE 1020 de 15,87 mm de diâmetro, com 255 mm de comprimento, o detalhamento de solda da haste guia está ilustrado pela Figura 25.

Figura 25 – Detalhamento de solda haste guia da mola

Fonte: Autor

Neste detalhamento da haste é possível ver um furo, em que é usinado uma rosca M8, para que com um parafuso e algum corpo com uma espessura determinada, possa-se pressionar a regulagem contra a mola e assim remover a carga do corpo de fixação do conjunto, possibilitando assim a desmontagem do conjunto.

O eixo de articulação do gatilho e haste sulcadora é fabricado a partir de um aço redondo 1045 de 30 mm de diâmetro. A Figura 26 detalha as usinagens necessárias para a montagem do eixo, como a que deixa o eixo com 27,80 mm de diâmetro para a montagem do sulcador e do gatilho, o canal de raio 0,5 mm para engraxamento do sistema, a chaveta de 6,5 mm que ao ser montado no corpo de fixação do conjunto, impossibilita o giro do eixo, possibilitando assim a montagem das porcas que fixam o conjunto.

Figura 26 – Detalhamento de usinagem do eixo de articulação

Fonte: Autor

Posteriormente, peças que sofrem muito desgaste, como gatilho, articuladores, peças de fixação destes, e os eixos de articulação passam pelo processo de têmpera, para o aumento da resistência mecânica dos componentes.

3.3.5 Detalhamento do módulo de regulagem

O módulo de regulagem é composto pelo corpo fixo de regulagem (1) e o fuso de regulagem (2), peças usinadas de modo que funcionem como um sistema parafuso-porca, com uma rosca de 1.1/2” (38,10 mm) com 12 fios/polegada. É possível visualizar o conjunto na Figura 27.

Figura 27 – Módulo de regulagem

Fonte: Autor

O corpo fixo de regulagem é usinado a partir de uma barra redonda de aço 1045 de 63,50 mm de diâmetro, bem como o fuso de regulagem, este porém é fabricado a partir de uma peça já existente na linha de produção da IMASA, tendo apenas que ser usinado um chanfro interno para facilitar a movimentação da haste da mola, como visto na Figura 28.

Figura 28 – Detalhe da usinagem do fuso de regulagem

3.3.6 Detalhamento do módulo estrutural

O módulo estrutural deve formar um corpo que envolve todo o sistema, protegendo-o e fixando o equipamento à máquina. A fixação do produto à linha é feito a partir de um único parafuso, M16, localizado na parte superior dos corpos de fixação, sendo que possui protuberâncias que encaixam nos braços da linha de adubação, como mostrado na Figura 29.

Figura 29 – Módulo Estrutural

Fonte: Autor

Este corpo divide-se em duas partes, direita (1) e esquerda (2), olhando-se pela parte de trás do equipamento. O módulo estrutural está ilustrado pela Figura 30.

Figura 30 – Módulo Estrutural

Os corpos que compõem o módulo estrutural são produzidos a partir de ferro fundido 7002, com as devidas usinagens necessárias para a montagem do sistema e fechamento do conjunto.

No corpo de fixação direito, encontra-se entalhes para chaveta, para possibilitar a montagem dos eixos em que gatilho e sulcador giram em torno. Sendo este entalhe, de 6,5 mm de largura, estendendo-se por toda a superfície do furo para a montagem dos eixos, exemplificado pela Figura 31.

Figura 31 – Detalhe do entalhe para chaveta

Fonte: Autor

Mas para questão de produção do protótipo, o módulo estrutural será fabricado como um conjunto soldado de chapas e barras redondas usinadas, que simulam o corpo que posteriormente será feito de ferro fundido. Estes modelos soldados estão exemplificados na Figura 32.

Em sua maioria as chapas são de espessura 4,76 mm, sendo que as chapas de escora são de espessura 12,70 mm e os batentes de retorno, que limitam a posição de trabalho do sulcador, são de espessura 19,05 mm (encostados nas laterais) e 25,40 mm (encontrado no meio do conjunto).

Figura 32 – Corpos de fixação modelo soldado

4 CONSTRUÇÃO DA CONCEPÇÃO E TESTES

Neste capítulo é relatado a construção da concepção conforme o detalhamento do projeto que foi descrito no capítulo anterior, e também os testes realizados na concepção escolhida.

4.1 Construção da concepção

Nesta seção é descrito a fabricação dos componentes e conjuntos que compõem o equipamento. Nesta fase são identificados as possibilidades de melhoria para fabricação e montagem, bem como a funcionalidade do equipamento em si. A fabricação dos componentes parte dos detalhamentos e especificações definidas na seção anterior.

4.1.1 Produção do módulo de adubação

A Figura 33 mostra uma comparação entre o modelo em três dimensões projetado e o protótipo fabricado. Percebe-se que o corte a laser permite que a peça fique com seu perfil quase que de forma exata ao projetado, sendo que a diferença entre a peça real e a projetada não interfere na funcionalidade do sistema.

Figura 33 – Comparação módulo de adubação

Na imagem da haste sulcadora produzida, foi feita uma furação que permite a montagem de um cilindro hidráulico para o teste que será descrito na seção 4.3.1.

4.1.2 Produção do módulo de adubação

A Figura 34 mostra a montagem dos componentes do módulo de desarme, como o gatilho (1), o articulador (2), os pinos de articulação (3), o guia da mola (4) e a mola (5), que em um primeiro momento para testes será utilizado a mola externa e interna e depois somente a mola externa, para que haja a análise do que ocorre ao ser montado com estas configurações. Os componentes mostrados são fixados por contrapinos conforme a Figura 34.

Figura 34 – Comparação módulo de desarme

Fonte: Autor

4.1.3 Produção do módulo de regulagem

O módulo de regulagem produzido como protótipo para teste pode ser verificado na Figura 35.

Figura 35 – Comparação módulo de regulagem

Fonte: Autor

4.1.4 Produção do módulo estrutural

O módulo estrutural, para a confecção do protótipo para testes, foi produzido a partir de chapas e barras redondas usinadas, unidas por solda, o que torna o processo de fabricação mais complexo e demorado. Porém, se o sistema for aprovado, as peças deste módulo passaram a ser fabricadas em ferro fundido, conforme o projeto preliminar. A fabricação do corpo esquerdo soldado está ilustrado na Figura 36, juntamente com o modelo em três dimensões do projeto, e na Figura 37 o corpo direito.

Figura 36 – Corpo de fixação esquerdo

Figura 37 – Corpo de fixação direito

Fonte: Autor

A adaptação do modelo que seria fundido que, para o teste foi utilizado um modelo soldado, tornou o processo mais lento e trabalhoso, o que em uma escala maior de fabricação inviabilizaria o produto, porém espera-se posteriormente fabricar e testar o modelo com os corpos de fixação esquerdo e direito fundidos.

4.2 Montagem do protótipo

Após a fabricação dos componentes, divididos em módulos na seção anterior, este é montado, baseando-se nos corpos de fixação em que são montados todos os outros componentes.

Logo, primeiramente monta-se no corpo de fixação direito, que possui entalhes para chaveta, os eixos do sulcador e gatilho, juntamente com a chaveta, possibilitando prendê-los a partir de porcas M16 no outro lado, deixando-os fixos para a montagem dos outros componentes. A montagem dos eixos no corpo pode ser vista na Figura 38.

Após é montado nestes, os componentes de regulagem (1) devem pressionar a mola pertencente ao módulo de desarme (2), que é montada pelos seus articuladores no módulo de adubação (3), exemplificado na Figura 39.

Figura 38 – Montagem dos eixos no corpo de fixação direito

Fonte: Autor

Figura 39 – Montagem dos módulos no corpo

Fonte: Autor

Após estas etapas, o equipamento é simplesmente fixado e fechado pelo corpo de fixação esquerdo, sendo colocados o outro par de porcas M16 para fixação e parafusos M8 x 90 mm, posteriormente são montados nas furações específicas presentes nos eixos, graxeiras M6 x 90º, para a lubrificação do sistema como um todo. O resultado final da montagem do produto pode ser visto na Figura 40.

Figura 40 – Montagem do equipamento

Fonte: Autor

A montagem final em comparação com o projeto conceitual pode ser visto na Figura 41.

Figura 41 – Comparativo montagem final

4.3 Testes

Os testes que algum produto deve passar são conjuntos de experimentos que visam simular a atividade real, ou até mais extrema que a real, com a finalidade de provar a funcionalidade, resistência e outros atributos referentes a cada equipamento ou produto testado.

Estes testes determinam se o projeto pode ser levado a diante conforme as intenções para os quais estes foram desenvolvidos, sendo que para alguns tipos de equipamentos específicos, há testes específicos que o validam conforme normas estabelecidas. No caso do teste do sulcador com desarme, foram desenvolvidos suportes e bancadas para teste de desarme e a força necessária para o mesmo, bem como o teste de campo, levando-o para uma situação real de trabalho.

4.3.1 Teste de desarme

O teste da principal funcionalidade do sistema foi feito em uma bancada que permitia a montagem do braço da linha juntamente com o sistema de desarme. Na parte inferior da bancada é montado um cilindro hidráulico cuja haste é montada na haste sulcadora, para que quando acionado o cilindro, este empurre a haste para trás, forçando o desarme. A bancada montada está representada pela Figura 42.

Figura 42 – Bancada teste de desarme

Após montado, o teste revelou que o sistema cumpre sua funcionalidade de desarmar, como pode ser visto na Figura 43.

Figura 43 – Haste desarmada

Fonte: Autor

4.3.2 Teste da força necessária para desarmar

Para determinar a força necessária para desarmar a haste, foi montado em uma ponte rolante uma balança, utilizada para pesar implementos para documentação de expedição, sendo utilizado o gancho da balança para engatar e puxar a haste sulcadora, determinando assim a força necessária para que o gatilho desarmasse.

Os testes foram realizados com as duas configurações de montagem de molas, uma com duas molas, interna e externa, e a outra somente com a externa.

Segundo os testes, pode-se verificar, que com a montagem de molas duplas, a força necessária para desarmar era muito alta, sendo que estando na metade da regulagem por rosca (rosqueado cerca de 12,5 mm), a força que o sistema requisitava para desarmar era de pouco mais de 9810 N (Newtons). Este teste está sendo exemplificado pela Figura 44.

Logo após, foi realizado a montagem do sulcador com desarme apenas com a mola externa, para a verificação da força que o sistema necessitava para desarmar, sendo que, com a regulagem no mínimo, ou seja, com o mola com o mínimo de pré-deformação, foi verificado que necessitava-se de quase 667 N de força para que houvesse a ação por parte do mecanismo de desarme.

Figura 44 – Sulcador com mola dupla puxado pela balança

Fonte: Autor

Então novamente foi testado o desarme alterando-se a pré-deformação da mola a partir da regulagem que foi projetada para o sistema, sendo desta vez a regulagem sendo rosqueada até a metade do total, resultando em uma força necessária para o desarme chegasse em algo em torno de 1980 N.

Após foi testado com a regulagem pré-deformando o máximo possível que o sistema de regulagem permitia (25 mm mostrados anteriormente), e foi verificado que a força que faria o sistema desarmar o sulcador de sua posição era de 4220 N em média. Os testes do sistema montado apenas com a mola externa, com a posição da regulagem de pressão da mola variando entre a máxima e mínima, estão exemplificados pela Figura 45.

Logo foi verificado que a amplitude que a regulagem permitia com a montagem com uma única mola era satisfatória em tese, sendo agora necessário os teste de campo.

Figura 45 – Teste sulcador com mola simples, Esquerda: Regulagem mínima; Direita: Regulagem máxima

Fonte: Autor

4.4 Resultados

A intenção de criar um sistema que possibilitasse o desarme de uma haste sulcadora de uma semeadora adubadora foi considerado satisfatório, dado sucesso do sistema desarmar quando este é exposto à uma determinada carga.

O sistema de regulagem também se mostrou funcional, e com uma boa amplitude. Fica a cargo então de dimensionamentos, a partir destes testes, determinar as especificações da mola para que a carga de desarme fique dentro da considerada necessária, conforme as análises. Após, então, os testes de campo devem determinar a viabilidade e as últimas alterações necessárias para sua produção em série.

5 CONCLUSÃO

O presente trabalho visou o projeto e concepção do protótipo de uma sistema sulcador com desarme e rearme, para não danificar a haste sulcadora do sistema, ao passar por obstáculos que ofereçam grande resistência ao sulcador, protegendo assim o produto e o implemento como um todo.

Foi objetivado também, que o sistema tivesse regulagem da sensibilidade do desarme, para que este pudesse adaptar-se aos diferentes tipos de solo que este produto pode ser implantado, e que fosse realizado testes para validação do projeto para produção em larga escala.

Verificou-se, durante a construção do protótipo, a simplicidade de montagem, que deve seguir uma sequência, porém ainda assim, simples. Outro fator é o número reduzido de componentes, que reduz o custo de fabricação e tempo de montagem do produto. Um fator desconsiderado foi a complexidade de produção do módulo estrutural que foi produzido em forma de um conjunto soldado para os testes, sendo que se aprovado, passará a ser produzido em ferro fundido, conforme o projeto preliminar, otimizando a produção do dispositivo.

Enquanto foi realizado os testes preliminares, foi verificado a funcionalidade e segurança do sistema, cumprindo, teoricamente o objetivo proposto, ficando a cargo dos testes posteriores a realizar-se no campo de trabalho propriamente dito, validar ou não o produto e verificar os pontos onde é necessário e possível de se melhorar, tanto na parte funcional, como na parte de custo da produção.

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