Final Design Review Capa de Trator

Transcrição

1 1. Introdução Final Design Review Capa de Trator Final Design Review Capa de Trator Normalmente, os pequenos barcos são retirados do mar quando não estão a ser utilizados. Para os mover para dentro e fora da água, muitas vezes não basta a força humana, sendo necessário recorrer a veículos auxiliares como os tratores, que podem facilmente rebocar um barco destes para dentro e fora de água. No entanto, a água salgada tem efeitos corrosivos e oxidativos que muitas vezes danificam tanto o chassis como a carroçaria destes tratores, por isso, seria útil a criação de um interface que impedisse a água salgada de entrar em contacto com os materiais dos mesmos. Por esta razão, decidimos criar uma capa protetora para estes tratores, que deverá envolver a maior parte do material que estaria em contacto direto com a água. 2. Objetivos Tal como fora especificado pelo grupo no Letter of Intent e no Preliminary Design Review, o principal objetivo do projeto foi o desenvolvimento de uma capa protetora para a maquinaria dos tratores utilizados no reboque de barcos nas praias. Para isso foi necessário: Planear a estrutura de cada uma das peças constituintes; Construir cada uma com a ajuda do programa SOLIDWORKS, e montá-las (assembly); Efetuar estudos de força que simulam aquilo a que a capa está sujeita quando se encontra no mar (força das ondas), determinando se o projeto é realmente viável ou não; Aplicada na parte inferior do trator, a peça irá proteger os constituintes mecânicos do veículo dos possíveis efeitos provenientes do contato desses com a água salgada aquando da realização da sua tarefa. 3. Projeção da Peça Tal como fora anteriormente planeado, o nosso grupo tomou a decisão de dividir a peça em três partes distintas que, quando juntas, formam a peça final. Tal decisão foi tomada para facilitar a aplicação da capa no trator, facilitando também a sua remoção para a limpeza interior da mesma (por infiltrações ou sujidade) ou por problemas mecânicos do trator, o que evita que seja retirada a peça na totalidade, mas apenas a parte necessária. A projeção efetuada foi feita tendo em conta o modelo de trator MF 7370, da marca Massey Ferguson, sendo que a escolha foi baseada nas suas caraterísticas para o trabalho desejado, seguindo-se alguns dos valores tomados em conta no projeto: P á g i n a 1 12

2 Figura 1 - Trator MF 7370 (Massey Ferguson) Trator MF 7370 (Massey Ferguson) Peso máximo com lastro (kg) 9350 Comprimento total (mm) 5365 Altura máxima (mm) 3210 Distância entre eixos (mm) 2995 Bitolas mínima e máxima (mm) Dianteira Bitolas mínima e máxima (mm) Traseira Largura média externa traseira (mm) 2574 Tabela 1 - Características físicas do trator escolhido para a projeção Utilizando os valores do modelo selecionado, a peça foi projetada em três fases distintas: a peça inferior, a peça anterior e a peça posterior. A primeira parte a ser construída foi a peça inferior da capa, tendo essa sido construída de forma a encaixar na parte inferior do veículo, dando destaque aos eixos das rodas. Os valores do comprimento, das larguras e da distância entre os eixos foram tomadas em conta para a projeção da mesma. A altura da peça ao longo da zona de encaixe das duas peças restantes foi de 150 mm, enquanto que na zona intermediária foi projetada uma altura de 500mm, com o objetivo de evitar entrada de água e que encaixará com as proteções já existentes no veículo. Além disso, ao longo de toda a peça, esta foi munida de uma seção dedicada ao eixo das rodas, como poderá ser observada na parte baixa da mesma. Por sua vez, as partes da posterior e anterior do veículo foram projetadas consoante as medidas fornecidas pela Massey Ferguson, sendo que as alturas das mesmas foram decididas tendo em conta a maquinaria existente nas duas regiões respetivas. Por regra, essas duas peças apresentam uma espessura superior à da peça inferior, sendo que a esta foi criada de modo a facilitar o encaixe das duas, como será explicado posteriormente. P á g i n a 2 12

3 Na parte anterior do veículo, a peça está munida de uma abertura por onde passará o gancho do trator, utilizado para rebocar os barcos do mar até ao areal ou ao local do seu depósito. Figura 2 - Vista lateral da peça completa Figura 3 Perspetiva cavaleira da peça completa Figura 4 - Peça posterior do veículo P á g i n a 3 12

4 Figura 5 - Peça anterior do veículo Figura 6 - Pormenor da parte de baixo da peça Figura 7 - Pormenor da parte de baixo da peça P á g i n a 4 12

5 Figura 8 - Pormenor lateral da parte de baixo da peça Como abordado anteriormente, o encaixe das peças teve em conta as diferentes espessuras das peças que formam a capa na sua totalidade. Deste modo, para averiguar qual a melhor espessura a tomar para a capa, foram utilizadas duas medidas distintas: 7,5mm e 15mm. Porém, independentemente dos valores, as duas peças superiores apresentam uma espessura com mais 5mm do que a peça inferior, para um rebordo que irá encaixar no interior desta última. Além disso, serão colocados os parafusos do tipo M8 e M10 a unir a parte inferior com os rebordos das partes superiores, bem como a unir a parte inferior à estrutura do trator, o que faz com que a peça se mantenha agregada em caso de remoção de uma das partes superiores. Estes parafusos irão unir e estabilizar o conjunto, conferindo alguma solidez, e serão colocados ao longo das peças, sendo necessário o furo em ambas. Figura 9 - Pormenor da zona de encaixe das peças P á g i n a 5 12

6 4. Escolha do Material De modo a averiguar qual era o melhor material para a construção da capa, a mesma foi projetada para dois materiais distintos - AISI 316 Annealed Stainless Steel Bar e S- Glass Fiber, sendo que, de seguida, são apresentadas as respetivas caraterísticas de cada um: Tabela 2 - Propriedades da S-Glass Fiber Tabela 3 - Propriedades da AISI 316 Annealed Stainless Steel Bar (SS) Como tal, fazendo uso desses parâmetros, a peça foi projetada para os dois materiais diferentes nas duas espessuras estudadas: Figura 10 - Peça em S-Glass Fiber com 15mm de espessura P á g i n a 6 12

7 Figura 11 - Peça em S-Glass Fiber com 7,5mm de espessura Figura 12 - Peça em AISI 316 Annealed Stainless Steel Bar com 15mm de espessura Figura 13 - Peça em AISI 316 Annealed Stainless Steel Bar com 7.5mm de espessura P á g i n a 7 12

8 Posteriormente, foram obtidos os valores das massas das quatro peças projetadas, estando os mesmos apresentados na tabela seguinte, juntamente com a massa do trator, fornecida pelo fabricante: Peso máximo com lastro (kg) 9350 S-Glass Fiber com 7,5mm (kg) 786 S-Glass Fiber com 15mm (kg) 1397 AISI 316 Annealed Stainless Steel Bar com 7,5mm (kg) 2536 AISI 316 Annealed Stainless Steel Bar com 15mm (kg) 4497 Tabela 4 Peso total da capa em Kg para diferentes materiais e espessuras Deste modo, tendo em conta as massas obtidas e a escassez dos valores da elasticidade para o S-Glass Fiber, foram escolhidas as peças de AISI 316 Annealed Stainless Steel Bar para procedermos às respetivas simulações. 5. Simulações Recorrendo às funcionalidades do Solid Works, foram simulados os efeitos do embate das ondas nas diferentes peças das capas, sendo que foram testadas para ambas as espessuras, de modo a evidenciar aquela que apresenta melhor resistência à capa Figura 14 - Aplicação de uma força na parte anterior da capa de 15 mm de espessura com a respectiva escala de simulação P á g i n a 8 12

9 Figura 15 - Aplicação de uma força na parte inferior da capa de 15 mm de espessura com respectiva escala de simulação Figura 16 - Aplicação de uma força na parte posterior da capa de 15 mm de espessura com respetiva escala de simulação Figura 17 - Aplicação de uma força na parte anterior da capa de 7,5 mm de espessura com respetiva escala de simulação P á g i n a 9 12

10 Figura 18 - Aplicação de uma força na parte inferior da capa de 7,5 mm de espessura com respetiva escala de simulação Figura 19 - Aplicação de uma força na parte posterior da capa de 7,5 mm de espessura com respetiva escala de simulação Através destas simulações podemos observar que a capa iria aguentar a força das ondas do mar sem sofrer deformações nem quebras para qualquer uma das espessuras estudadas, sendo possível afirmar que o projeto é credível do ponto de vista prático. Contudo, tendo em conta que as placas vão ser unidas fazendo recurso a parafusos, a placa de 15mm iria apresentar uma melhor resistência, sendo menos provável que houvesse quebras da placa com a implementação destes. P á g i n a 10 12

11 Pós-Apresentação: Foi-nos sugerida a diminuição da espessura dos diferentes componentes da capa, e o estudo de novas simulações de força. Diminuímos portanto os vários componentes, mas a parte de baixo da capa não era capaz de calcular a mesh para posteriormente fazer a simulação das forças com a nova espessura (2mm), fazendo com que aparecem ranhuras nas partes côncavas da capa. Além disso, foram adicionados pontos de fixação a cada uma das partes superiores 3 na peça anterior e 4 na peça posterior. Os novos pesos da capa, com a espessura de 2mm foram: AISI 316 Annealed Stainless Steel: 503,287 Kg; S-glass Fiber: 156,019 Kg. Foi efetuada a montagem dos constituintes da capa, mas não foi possível fazer o estudo de forças pelo problema referido acima. O estudo foi, no entanto, feito para as duas componentes superiores da capa, sendo que os pontos definidos como fixos foram os pontos de fixação adicionados (apesar de a realidade não corresponder exatamente à simulação, pois estes pontos iriam fixar as peças superiores da capa à inferior, e esta também sobre força, não podendo ser definida como fixa). Nas simulações foi ainda adicionada a força da gravidade. Os resultados obtidos foram os seguintes: Figura 20: Simulação da plicação de uma força de 400N no exterior da peça anterior da capa com respetiva escala de simulação Pela simulação é possível perceber que, com a redução da espessura da capa para 2mm, mantendo constantes as outras dimensões da capa, aquando da criação da simulação surgem aberturas nas partes côncavas da mesma. A única solução para este problema seria redimensionar por completo a capa, o que obrigaria a uma reconstrução de origem, alterando os valore dos filets capazes de suportar a mesh para a espessura de 2mm sem o aparecimento de ranhuras. P á g i n a 11 12

12 Figure 21: Simulação da aplicação de uma força de 400N na nova capa com respectiva escala de simulação Figura 22: Simulação da aplicação de uma força de 400N na nova capa com respetiva escala de simulação A simulação efetuada na peça posterior da capa com espessura de 2mm, com as dimensões da peça original, ocorre sem problemas. Pela observação da simulação são obtidos os pontos da peça que sofrerão mais com a aplicação da força de 400N, valor utilizado como a força de uma onda marítima a embater na respetiva peça. P á g i n a 12 12