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1 Instituto Federal do Espírito Santo Dimensionamento de pinos e haste dos cilindros de uma Pá Carregadeira SÃO MATEUS - ES 08/2013

2 DONIZETTE GUSMÂO JÚNIOR RAFAEL OLIOSI RYCK BOROTO Dimensionamento de pinos e haste dos cilindros de uma Pá Carregadeira Trabalho escrito como cumprimento parcial da disciplina de Resistência dos Materiais I e Desenvolvido, sob a orientação do professor João Paulo. SÃO MATEUS ES 08/2013

3 INTRODUÇÃO Projetos de estruturas de qualquer máquina ou algum outro elemento é um estudo através do qual a estrutura em si e suas partes componentes são dimensionadas de forma que tenham resistência suficiente para suportar as condições de trabalho que serão submetidas. Neste processo estão envolvidas a análise de tensões nos componentes da estrutura e as considerações em respeito as propriedades mecânicas do materiais. A análise dos esforços, das tensões e das as propriedades mecânicas do materiais são os principais aspectos da resistência dos materiais. A definição dos esforços e as deformações da estrutura quando as mesma são solicitadas por cargas, movimento de seu apoio, por variações de temperatura e entre outros, são os principais aspectos em uma análise estrutural. Com a análise estrutural e com a utilização de um coeficiente de segurança desejável, se obtém as dimensões dos elementos estruturais.

4 OBJETIVO A pá carregadeira é um equipamento usado para carregar grandes caminhões, fazer transporte em pequenas distâncias, também utilizada para encher caminhões basculantes com areia, brita, terra ou até cereais. O uso da pá carregadeira pode também substituir o uso de tratores de esteira que normalmente são muito usados para abrir estradas ou ainda fazer aterros. Ela capaz também de escavar materiais como asfalto, restos de demolição, sujeira, cascalho, minerais crus, rocha, areia e madeiras. Os benefícios que uma pá carregadeira oferece é a grande capacidade de carga, a agilidade no carregamento de caminhões basculantes. Com isso o projeto foi baseado no intuito de projetar e construir pinos e hastes com material mais barato, reduzindo custos, mas garantindo a qualidade do projeto.

5 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO O projeto iniciou-se como a necessidade de projeto de pinos e hastes mais baratos para a construção da estrutura de uma pá carregadeira. Para se ter base para o desenvolvimento do projeto, foram levantada as demandas do equipamento e também os princípios de funcionamento do mesmo. Após criado o desenho estrutural do projeto, considerando as dimensões e acionamentos para dar início a análise e cálculos admissíveis. O equipamento deve suportar um peso de levantamento de 6000 kgf, no entanto, devido a estrutura ser simétrica utilizou-se apenas uma parte da estrutura com peso de levantamento de carga de 3000 kgf ou N. Foi necessário a análise da estrutura em várias posições diferentes pois com a variação da angulação de inclinação a força atuantes no pino varia. Para os cálculos estruturais foi utilizado um fator de segurança de 2.5, conforme fator especificado para equipamentos que sofrem altos esforços e solicitações de choque.

6 As três posições avaliadas foram: Na iminência do levantamento da carga; Totalmente Horizontal; Totalmente suspensa. Na iminência de levantamento da carga o ângulo de atuação da força na barra 3 é de 34 º, superior aos ângulos das outras duas posições que são de 8º e 26º. Com isso nota-se que a força gerada na barra 3 pelo peso a ser suspenso é superior que as dos outros casos, conforme memorial de cálculo anexo. A maior força gerada na barra 3, considerando o maior ângulo de inclinação da força, é de 27443,32 N. Após ter a força de tração na barra calculou-se a largura da barra, uma vez que a altura da mesma já é pré definida no projeto. A altura da barra é de 103,3 mm e com isso foi necessário o cálculo da espessura de duas formas diferentes; a primeira com esforços de tração e a segunda com esforços de flambagem considerando a mesma carga de tração. O cálculo de flambagem é necessário pois a área obtida para tração não depende do comprimento da barra e quando o equipamento fizer esforços para carregamento da pá a estrutura pode não suportar e flambar. Como dito anterior e após realizar os cálculos obtivemos um valor da largura b da barra de 1,32 mm diferentemente do valor de b calculado pela flambagem que foi de 41,28 mm de espessura.

7 Com a largura e a espessura da barra já definida obtém-se o peso gerado pela massa volumétrica do aço A-36, que é de 35,49 kgf ou já convertendo em força 348,13 N. Dando continuidade no projeto, uma vez que os esforços estão todos definidos calculou-se os diâmetros dos pinos e as duas hastes dos cilindros. Para o cálculo das hastes dos cilindros utilizou-se um fator de segurança FS=3,5 que é o recomendado para projetos de cilindros hidráulicos e também utilizou o aço CK45 que tem melhores propriedades que o SAE Conforme memorial descritivo do projeto obteve os seguintes diâmetros para compor o equipamento. TABELA DE VALORES DOS PINOS E HASTES ENCONTRADOS Pino / Haste Diâmetro mínimo para atender ao equipamento P1 16,94 mm P2 44, 23 mm P3 45,36 mm P4 45,36 mm P5 11, 59 mm P6 16,94 mm P7 13,21 mm P8 13,21 mm P9 13,81 mm H1 26,15 mm H2 49,48 mm

8 CONCLUSÃO Para um bom funcionamento de um equipamento e para a construção de um projeto, o mesmo deve ser projetado visando a confiabilidade, segurança e baixo custo final ao cliente. Com os cálculos e os diâmetros mínimos encontrados fechamos um projeto de dimensionamento de pinos e hastes que atendem as exigências tanto relacionadas ao custo do produto quanto a sua confiabilidade.

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