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UNIVERSIDADE PAULISTA ICET – Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia Engenharia Mecânica CÍNTIA ALVES DOS SANTOS ILVANEI MARQUES VIEIRA ILVANIO MARQUES VIEIRA JEFERSON DA SILVA ALMEIDA RAPHAEL NARDONE ZOPE VITOR HUGO ALEXANDRE DE ARAUJO MENDES PLATAFORMA ELEVATÓRIA PARA DESCARTE DE CAVACO SÃO PAULO 2021 CÍNTIA ALVES DOS SANTOS ILVANEI MARQUES VIEIRA ILVANIO MARQUES VIEIRA JEFERSON DA SILVA ALMEIDA RAPHAEL NARDONE ZOPE VITOR HUGO ALEXANDRE DE ARAUJO MENDES PLATAFORMA ELEVATÓRIA PARA DESCARTE DE CAVACO Trabalho de conclusão de curso apresentado como exigência parcial para obtenção do diploma do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista – UNIP, Campus Marquês. Orientadora: Prof. Msc. Juliane Taise Piovani. SÃO PAULO 2021 CÍNTIA ALVES DOS SANTOS ILVANEI MARQUES VIEIRA ILVANIO MARQUES VIEIRA JEFERSON DA SILVA ALMEIDA RAPHAEL NARDONE ZOPE VITOR HUGO ALEXANDRE DE ARAUJO MENDES PLATAFORMA ELEVATÓRIA PARA DESCARTE DE CAVACO Trabalho de conclusão de curso apresentado como exigência parcial para obtenção do diploma do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista – UNIP, Campus Marquês. FOLHA DE APROVAÇÃO Trabalho aprovado em:______ de________________de_______. AGRADECIM AGRADECIMENTOS Dedicamos este trabalho a todos os nossos dias de esforços, a todos os momentos que estivemos dispostos a aprender e dar sempre o nosso melhor, a cada desafio, e, acima de tudo, às barreiras ultrapassadas e todas as conquistas. Agradecemos às pessoas que nos incentivaram e nos apoiaram para ingressarmos neste curso, à Universidade Paulista - UNIP por ter nos dado esta oportunidade de desenvolver amplo conhecimento em nossa área de atuação, aos docentes pela paciência e por terem nos ajudado a adquirir conhecimentos, aos nossos colegas de classe pela união e a todas as outras pessoas que nos ajudaram de alguma forma, direta ou indiretamente. E, acima de tudo, agradecemos a Deus por ter nos ajudado não só nesta etapa das nossas vidas, mas em toda a nossa jornada. “Quanto mais aumenta nosso conhecimento, mais evidente fica nossa ignorância”. (John F. Kennedy) RESUMO Projeto de criação, adaptação e funcionalidade de uma plataforma elevatória que tem como objetivo realizar o trabalho do descarte do cavaco em local apropriado. A ideia surgiu decorrente das dificuldades no dia a dia em indústrias metalúrgicas ou centros de usinagens durante o processo de descarte dos resíduos (cavacos) gerados por meio da confecção de peças. Ao confeccionar peças, os cavacos provenientes da usinagem ocupam todo o volume do recipiente da máquina, e logo é necessário descartar em algum recipiente de maior volume (tambor ou caçamba principal) que ficam próximos às máquinas. Em seguida, quando os recipientes de maior volume ficam carregados por completo, é necessário descartar em uma caçamba ainda maior onde será recolhida por uma empresa terceirizada responsável. Este processo, geralmente em empresas de médio e pequeno porte, é feito manualmente, onde é necessário o deslocamento de um funcionário até a caçamba maior para realizar o descarte do cavaco. Os recipientes cheios possuem peso elevado para que os operadores consigam erguer e projetar os cavacos para a caçamba de uma só vez, então descarta-os aos poucos, com as mãos ou auxílio de pás e por serem materiais cortantes, essa atividade gera risco de acidente, além de consumir muito tempo dos funcionários envolvidos na operação. Os fatores que motivaram a realização deste projeto foram a necessidade de oferecer um meio de descarte de cavacos seguro, que não exija esforço físico excessivo dos colaboradores, seja versátil, visando a economia de tempo e podendo ser operado por qualquer funcionário. Os conceitos de utilização, diagramas de esforços, custos de manutenção também serão abordados neste trabalho. Palavras-Chave: Plataforma elevatória de cavaco, Usinagem, Cavaco, Descarte de Cavaco. ABSTRACT Project for the creation, adaptation and functionality of a chip lifting platform that aims to carry out the chip disposal work to an appropriate place. The idea came up due to the daily difficulties in metallurgical industries or machining centers, during the disposal process of the waste generated during the machining of pieces, known as chip. During the making of a piece, the machine's reservoir fills and immediately afterwards it is necessary to discard in some “drum, bucket” next to these machines, then when these “drums or buckets” are full, it is necessary to discard in a larger bucket where it will be collected by a responsible third party. This process, usually in medium and small companies, is done manually, where it is necessary to move an employee to the largest bucket to carry out the chip disposal. The full “Drum, bucket” have a high weight to lift and throw in the bucket only once, then the chip is thrown with the hands or the aid of shovels little by little, but there are risks of accidents when handling chips, as they are sharp materials and consume a lot of time for the employee involved in the operation. The factors that motivated the realization of this project were the need to offer a means of disposing of chips safely, without requiring the physical effort of the employee, versatile, aiming at saving time and being able to be used by any employee without any type of physical risk. The concepts of use, effort calculations, effort diagrams, maintenance costs will also be addressed in this work. Keywords: Lifting platform chips, Machining, Chip iron, Iron discharge. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Primeiro modelo DUAT ............................................................................. 15 Figura 2 - Versão com elevador hidráulico ................................................................ 15 Figura 3 - Empilhadeira de transporte de resíduos (1) .............................................. 16 Figura 4 - Empilhadeira de transporte de resíduos (2) .............................................. 16 Figura 5 - Caçamba para empilhadeira ..................................................................... 17 Figura 6 - Desenho inicial .......................................................................................... 20 Figura 7 - Esboço da plataforma (vista 1) ................................................................. 22 Figura 8 - Esboço da plataforma (vista 2) ................................................................. 22 Figura 9 - Perspectiva 1 ............................................................................................ 23 Figura 10 - Perspectiva 2 .......................................................................................... 23 Figura 11 - Descarte de cavaco (Perspectiva A) ....................................................... 24 Figura 12 - Descarte de cavaco (Perspectiva B) ....................................................... 24 Figura 13 – Projeto de Detalhamento ........................................................................ 25 Figura 14 - Fluxograma ............................................................................................. 27 Figura 15 - Cronograma de Atividades ...................................................................... 28 Figura16 - Sistema hidráulico ................................................................................... 29 Figura 17 - Formas de cavacos (1) ........................................................................... 33 Figura 18 - Formas de cavacos (2) ........................................................................... 34 Figura 19 - Esboço inicial do recipiente (caçamba) ................................................... 38 Figura 20 - Esboço revisado do recipiente (caçamba) .............................................. 40 Figura 21 - Vista lateral e dimensões ........................................................................ 42 Figura 22 – Forças de reação ................................................................................... 42 Figura 23 - Dimensões da base ................................................................................ 43 Figura 24 – Reações nos apoios ............................................................................... 44 Figura 25 – Momento fletor apoio da caçamba ......................................................... 45 Figura 26 - Momento fletor na base .......................................................................... 45 Figura 27 - Tubo 80x50x5 [mm] ................................................................................ 46 Figura 28 - Esquema Hidráulico ................................................................................ 51 Figura 29 – Tipos de montagens de cilindros (1) ...................................................... 53 Figura 30 - Tipos de montagens de cilindros (2) ....................................................... 57 Figura 31 – Bomba Hidráulica ................................................................................... 60 Figura 32 – Conjunto Unidade Hidráulica .................................................................. 60 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Tensões Admissíveis ............................................................................... 47 Tabela 2 - Dados do Equipamento ............................................................................ 47 Tabela 3 - Descrição ................................................................................................. 47 Tabela 4 - Unidades .................................................................................................. 48 Tabela 5 - Propriedades do Material ......................................................................... 48 Tabela 6 - Informações de Material do Modelo ......................................................... 48 Tabela 7 - Propriedades do Estudo ........................................................................... 48 Tabela 8 - Acessórios de Fixação e Cargas .............................................................. 48 Tabela 9 - Tensão de Von Mises ............................................................................... 49 Tabela 10 - Deslocamento ........................................................................................ 50 Tabela 11 - Fator de Curso ....................................................................................... 53 Tabela 12 - Gráfico de seleção de haste e tubo de parada ....................................... 54 Tabela 13 - Tipos de Hastes e Diâmetros de Cilindros ............................................. 55 Tabela 14 - Velocidade da Haste no Avanço ............................................................ 56 Tabela 15 - Custo ...................................................................................................... 61 Tabela 16 - Custo Trabalhista no Brasil .................................................................... 62 Tabela 17 - Custo Operador de Empilhadeira ........................................................... 62 Tabela 18 - Plano de Manutenção ............................................................................ 64 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 14 1.1 Objetivo geral ............................................................................................... 18 1.1.1 Objetivos específicos ............................................................................. 18 1.2 Problemática ................................................................................................ 19 1.3 Justificativa ................................................................................................... 19 1.4 Metodologia .................................................................................................. 20 1.4.1 Projeto ................................................................................................... 21 1.4.2 Primeiros Desenhos .............................................................................. 22 1.4.3 Projeto Detalhado .................................................................................. 25 1.4.4 Fluxograma ............................................................................................ 25 1.5 Cronograma ................................................................................................. 27 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................. 29 2.1 Sistema hidráulico ........................................................................................ 29 2.2 Cavaco ......................................................................................................... 30 2.2.1 Tipos de Cavacos .................................................................................. 31 2.2.2 Formas de Cavacos ............................................................................... 33 2.3 Sucatas ........................................................................................................ 34 2.3.1 Classificação da Sucata ........................................................................ 35 2.3.2 Especificação de Sucatas ...................................................................... 35 3 MEMORIAL DE CÁLCULO ................................................................................ 38 3.1 Sucatas ........................................................................................................ 38 3.2 Escolha do Material da Estrutura ................................................................. 41 3.2.1 Dimensionamento da Estrutura ............................................................. 41 3.3 Reação nos Apoios ...................................................................................... 42 3.4 Dimensionamento dos Tubos ....................................................................... 46 3.5 Relatório de Análise de Elementos Finitos ................................................... 47 3.5.1 Resultado e Conclusão do Estudo ......................................................... 49 3.6 Dimensionamento Hidráulico ....................................................................... 50 3.6.1 Cilindro hidráulico .................................................................................. 51 3.6.2 Cilindro inclinado. .................................................................................. 56 3.6.3 Volume do cilindro. ................................................................................ 58 3.6.4 Velocidade do cilindro ............................................................................ 58 3.6.5 Bomba hidráulica ................................................................................... 59 4 VIABILIDADE ..................................................................................................... 61 5 MANUTENÇÃO .................................................................................................. 64 5.1 Plano de Manutenção Preventiva ................................................................64 6 SEGURANÇA E MEIO AMBIENTE.................................................................... 65 6.1 Dispositivos de Segurança no Equipamento ................................................ 66 6.1.1 Válvula Reguladora de Fluxo com Retenção ......................................... 66 6.1.2 Botão de Emergência Tipo Cogumelo ................................................... 66 6.2 Equipamentos de Proteção Individual (EPIs) ............................................... 66 6.3 Meio Ambiente ............................................................................................. 67 7 CONCLUSÃO ..................................................................................................... 68 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 69 APÊNDICES ............................................................................................................. 71 Apêndice A – Projeto da Caçamba ........................................................................ 71 Apêndice B – Projeto da Plataforma Elevatória - Dimensões ................................ 72 Apêndice C – Vista Explodida ................................................................................ 73 Apêndice D – Lista de Peças ................................................................................. 74 Apêndice E – Detalhes de Montagem .................................................................... 75 Apêndice F – Detalhe de Montagem Cilindro Hidráulico Principal ......................... 76 Apêndice G – Detalhe de Montagem Alavanca Hidráulica ..................................... 77 Apêndice H – Detalhe de Montagem Unidade Hidráulica e Rodízio Traseiro ........ 78 Apêndice I – Detalhe de Montagem Rodízio Frontal .............................................. 79 Apêndice J – Detalhe de Montagem Cilindro da Caçamba .................................... 80 14 1 INTRODUÇÃO Conforme citado por Barboza (2018), a usinagem é um dos processos de fabricação mais populares do mundo, sendo responsável por transformar em cavaco cerca de 10% de toda a produção de metais e por empregar dezenas de milhões de pessoas em todo o mundo. Pode-se definir usinagem como uma operação que dá forma a uma peça de metal (ou outro tipo de material) ou redução de dimensão ou acabamento, podendo ser qualquer combinação entre estes três itens, produzindo cavaco. Este que é definido como a porção de material removido da peça nos processos de usinagem, sendo caracterizado por apresentar geometria e formas irregulares (Machado, 2018). Os cavacos provenientes da usinagem têm volumes consideráveis e precisam ser transportados para as caçambas principais para que não acumulem e obstruam de alguma forma as áreas úteis da fábrica. Após o preenchimento total do volume das caçambas principais, estas são retiradas do local pela empresa de coleta para que então estes cavacos passem pelos processos finais do descarte de resíduos, onde, na maioria dos casos, são reciclados e retornam para a indústria. Com base na história, empresas sempre necessitaram de equipamentos para elevação. Os primeiros veículos usados para transportar mercadorias eram bem diferentes das empilhadeiras e plataformas que se conhece atualmente. Foi só em 1917 que a Clark, uma empresa norte-americana, inventou o Tructractor, com o objetivo de realizar a locomoção de materiais dentro de sua própria fábrica. Seu impacto foi tão significativo pois, durante as décadas de 20 e 30, a companhia recebeu uma grande demanda para construir Tructrators para terceiros, o que daria origem ao próximo passo na história da empilhadeira. Isso porque, apesar de seu sucesso, o Tructractor ainda não era capaz de elevar caixas. O primeiro modelo, nomeado Duat, possuía três rodas, era movido a gás e tinha capacidade de erguer 750kg com pouco recurso de elevação. As versões seguintes já foram equipadas com elevador hidráulico para movimentações verticais maiores, conforme Figuras 1 e 2 (Clark empilhadeiras, 2020). 15 Figura 1 - Primeiro modelo DUAT Fonte: Clark (2020) Figura 2 - Versão com elevador hidráulico Fonte: Clark (2020) Nos dias atuais, em empresas de grande porte, o transporte do cavaco até a caçamba principal é realizado por empilhadeiras e caçambas basculantes, onde, após completada a carga total, as empilhadeiras elevam as caçambas coletoras (basculantes) que, estrategicamente para otimização de tempo, ficam próximas às máquinas, e esvaziam-nas nas caçambas principais (maiores) para coleta, conforme apresentado nas Figuras 3, 4 e 5. 16 Figura 3 - Empilhadeira de transporte de resíduos (1) Fonte: Cal Leve (2020) Figura 4 - Empilhadeira de transporte de resíduos (2) Fonte: Liquebrasil (2011) 17 Figura 5 - Caçamba para empilhadeira Fonte: Transcap (2019) Porém, este procedimento de descarte com a utilização de empilhadeiras é considerado de alto investimento para empresas de menor capital, e, ainda, há a necessidade de mão de obra especializada (habilitados). Portanto, em empresas de pequeno porte, sem a capacidade de possuir empilhadeiras devido ao alto custo de investimento, são deslocados funcionários para realizar o descarte das caçambas coletoras manualmente, onde estes colaboradores, além do esforço físico elevado e muitas vezes excessivo, correm riscos de acidente, e comprometem o fluxo de trabalho de toda a equipe com o tempo utilizado para esta atividade. Buscando-se melhorias consideradas relevantes para as empresas de menor tamanho, como a garantia de mais segurança para o colaborador, otimização de tempo e mão de obra, melhoria no fluxo das atividades no chão de fábrica, e consequentemente, possíveis aumentos nos lucros com a melhor produtividade, foi observado que o desenvolvimento de um sistema de transporte de resíduos mais acessível tem grandes chances de ser aceito com positividade pelos investidores. Ainda, a implementação desse sistema de transporte de cavacos por meio de uma plataforma elevatória com caçamba basculante, descarta a necessidade de mão de obra especializada, pois com um treinamento considerado simples para uso e operação, garantindo a segurança dos usuários, os colaborados estarão aptos a utilizar o equipamento em tempo reduzido. Com isso, empresas de usinagem, 18 metalmecânica, siderúrgicas e metalúrgicas, poderão utilizar a plataforma basculante de elevação hidráulica para o transporte de cavacos. Para o desenvolvimento do trabalho e para a execução do projeto / protótipo da plataforma elevatória, é necessário o estudo aprofundado sobre o principal material a ser utilizado na caçamba, sendo este o cavaco. O cavaco deriva-se dos diversos processos existentes na usinagem, sendo: serramento, aplainamento, torneamento, fresamento (ou fresagem), furação, brochamento, eletroerosão, entre outros que são responsáveis pela projeção de cavacos (Isotref, 2021). Cavaco é o termo utilizado para designar os pedaços de material removidos da peça durante o processo de usinagem, promovido pela ação de uma ferramenta. A formação do cavaco é influenciada por vários parâmetros de corte que afetam também as forças, tensões, potências e temperaturas geradas durante a usinagem (Coelho, Da Silva, 2018). 1.1 Objetivo geral O objetivo principal deste trabalho é aprimorar e facilitar o descarte de resíduos de processos de usinagem, com auxílio de uma plataforma elevatória mais acessível, com caçamba basculante, e acionamento hidráulico. 1.1.1 Objetivos específicos Os objetivos específicos deste trabalho são descritos a seguir: • Avaliar o processo de descarte de cavacos; • Analisar e apresentar as necessidades reais no dia a dia de trabalho; • Desenvolver o projeto da plataforma elevatória; 19 1.2 ProblemáticaDificuldades físicas e comprometimento do fluxo de trabalho na indústria com o deslocamento contínuo de funcionários para o transporte e descarte de resíduos provenientes da usinagem de metais (cavacos). A proposta de solução para os problemas apresentados se baseia no projeto de uma plataforma elevatória para o transporte dos cavacos, com sistema de elevação hidráulico e base com movimentação sobre rodas para facilitar e agilizar o processo. Foram identificadas algumas dificuldades durante o desenvolvimento do projeto, uma delas está na possibilidade de ocorrer o tombamento ao sobrecarregar a caçamba e erguê-la ao nível máximo, pisos com imperfeições no local do descarte também podem ocasionar uma inclinação indesejada em determinada altura da plataforma. Como solução, foi descartada a possibilidade de ser pneumático e será adotada a utilização do sistema hidráulico, a unidade hidráulica (reservatório de óleo e motobomba) por ser mais pesada, servirá como contrapeso, mantendo as rodas bem apoiadas ao chão e terá advertências demarcadas em locais de fácil visualização para utilizar a plataforma somente em pisos planos. 1.3 Justificativa O setor da indústria de metais apresenta grande impacto na economia nacional. Com diversos seguimentos ligados à metalurgia, esta indústria traz a usinagem como um dos principais geradores de resíduos, sendo que os cavacos atingem um volume considerável. A ideia surgiu após dificuldades encontradas por um dos integrantes deste grupo, que relatou as complexidades encontradas no dia a dia. Os relatos apontaram que um recipiente cheio de cavaco pode pesar cerca de meia tonelada, sendo necessário o deslocamento de vários funcionários da linha de produção para executar esta atividade, influenciando diretamente na produtividade, além do desgaste físico e riscos de acidentes, tais como: contaminação com óleo solúvel e ferimentos causados pelo manuseio de cavacos. Com o objetivo de trazer melhorias para as dificuldades apontadas no descarte de resíduos, foi desenvolvida a plataforma elevatória para descarte de cavaco, um sistema composto pela junção de uma plataforma elevatória e uma caçamba basculante que busca otimizar tempo, visto que o acionamento hidráulico não necessita de grande esforço físico o mesmo foi adotado para o projeto, onde contará 20 com botão de emergência, válvula controladora de pressão, instruções de uso para uma maior segurança e poderá ser manuseado por apenas um colaborador. 1.4 Metodologia Inicialmente, o estudo da eficácia apresentava um equipamento pensado em solucionar um problema apresentado na indústria Usinagem S.A , e que suprisse todas as necessidades. A partir das questões observadas, soluções já existentes no mercado e na indústria foram encontradas, como as empilhadeiras de transporte de resíduos, e partindo de alguns modelos, o desenvolvimento de uma plataforma elevatória compacta, com caçamba basculante e acionamento hidráulico, foi a ideia que se concretizou. As referências sobre o modelo do equipamento a ser desenvolvido, da estrutura e funcionalidade da plataforma, deram parâmetros importantes para o entendimento do sistema ideal. As ideias iniciais, conforme mencionado, foram dando forma ao projeto, a princípio as dimensões adotadas para a estrutura da plataforma elevatória de cavaco foram de 1500 mm de altura, 2000 mm de comprimento e 1000 mm de largura, para movimentar-se sobre o solo por meio de rodízios, formando a base estruturada em perfis metálicos e o sistema hidráulico de acionamento de elevação e avanço da caçamba, conforme apresentado pela Figura 6. Figura 6 - Desenho inicial Fonte: Os autores (2021) 21 Com o sistema de elevação definido e o desenho ilustrando a ideia, o próximo passo foi o aprofundamento no cálculo da capacidade de carga e volume da caçamba, bem como o dimensionamento de toda a estrutura da plataforma elevatória. Ter em detalhes as propriedades do principal material que será transportado pela plataforma, também foi de extrema importância e portanto, se tornou necessário conhecer, por exemplo, a densidade do cavaco, compondo o estudo e o memorial de cálculo. Com base na experiência dos integrantes do grupo que atuam na área, a sucata mais comum e com maior volume nas indústrias metalúrgicas, metalmecânica e siderúrgicas, são as provenientes do aço, mais precisamente o cavaco e/ou viruta de aço (mais detalhes no tópico 2.2). E, portanto, esta será a sucata base de estudo desse trabalho, visando atender uma grande demanda de resíduos com o desenvolvimento da plataforma elevatória. 1.4.1 Projeto Sabe-se que um projeto de equipamentos é desenvolvido por etapas. Os estudos iniciais buscam entender as necessidades e os objetivos e ao longo do processo as ideias tomam formas. O projeto pode iniciar em um estudo preliminar, e finalizar ao executá-lo, onde, após diversas revisões, são definidas as suas particularidades. Com base neste conceito, a plataforma elevatória, após os estudos, ganhou forma de esboços e desenhos que exprimem a ideia, conforme apresentado na Figura 7 e 8. 22 Figura 7 - Esboço da plataforma (vista 1) Fonte: Os autores (2021) Figura 8 - Esboço da plataforma (vista 2) Fonte: Os autores (2021) 1.4.2 Primeiros Desenhos Para dar forma à plataforma, com a utilização do software (Solid Works, 2017) especializado no desenvolvimento de produtos, os primeiros desenhos foram sendo elaborados com esboços, conforme visto nas Figuras 7 e 8 (croqui inicial). As Figuras 9 e 10 ilustram a evolução do croqui para formas mais concretas e as Figuras 11 e 12 ilustram o descarte de cavacos. 23 Figura 9 - Perspectiva 1 Fonte: Os autores (2021) Figura 10 - Perspectiva 2 Fonte: Os autores (2021) 24 Figura 11 - Descarte de cavaco (Perspectiva A) Fonte: Os autores (2021) Figura 12 - Descarte de cavaco (Perspectiva B) Fonte: Os autores (2021) 25 1.4.3 Projeto Detalhado Com especificação das peças (lista), modelo definido em 3D e vista explodida, o projeto detalhado é apresentado a fim de complementar o projeto de fabricação que é composto pelo projeto de dimensões e o projeto de detalhamento. A Figura 13, apresentada a seguir, ilustra a folha do projeto de detalhamento da Plataforma Elevatória. Figura 13 – Projeto de Detalhamento Fonte: Os autores (2021) 1.4.4 Fluxograma Deve-se compreender como será instalada a plataforma elevatória de cavaco em uma fábrica. Para isso, foi desenvolvido um fluxograma, descrevendo as etapas, com o objetivo de determinar um padrão para que todos os funcionários estejam aptos a realizar o processo de descarte de cavacos, otimizando o tempo com um planejamento antecipado. 26 Realização do ciclo de coleta de cavaco pela fábrica pelo menos uma vez ao dia, um funcionário retira o equipamento de descarte do seu local de refúgio e em seguida, ronda as máquinas operatrizes para o recolhimento dos cavacos produzidos. Após obter sua capacidade máxima de carga é dirigido para área externa onde o mesmo será esvaziado em outra caçamba de capacidade maior, conforme apresentado na Figura 14. 27 Figura 14 - Fluxograma Fonte: Os autores (2021) 1.5 Cronograma Com base no conteúdo programático da instituição, o cronograma, apresentado pela Figura 15, foi pensado para dar orientação ao grupo, a fim de alcançar uma sequência de trabalho coerente, evitando atrasos nas entregas. Ainda, a sequência das atividades é distribuída conforme as etapas e os processos pré-estabelecidos pelo grupo, de acordo com o tema escolhido. 28 Figura 15 - Cronograma de Atividades Fonte: Os autores (2021) 29 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O capítulo apresentará os conceitos relevantes para o desenvolvimento deste trabalho por meio de monografias, trabalhos de conclusão decurso, livros, entre outros. Além das pesquisas práticas, os materiais mencionados formaram uma base sólida para os estudos afim de entender os conceitos dos sistemas que compõem a plataforma elevatória, bem como dos materiais provenientes de resíduos produzidos na indústria de metais. 2.1 Sistema hidráulico A hidráulica é um sistema que fornece energia por meio de fluidos sob pressão. Na Figura 16 é apresento este princípio do sistema hidráulico em que o projeto da plataforma elevatória de cavaco se apoia. Figura 16 - Sistema hidráulico Fonte: Hennings (2021) Um sistema hidráulico é composto, basicamente, por (Hennings 2021): • Motor: é um dispositivo elétrico com a finalidade de movimentar a bomba; • Reservatório (ou tanques): Têm por finalidade armazenar e facilitar a manutenção do fluido utilizado. O fluido hidráulico é extraído do tanque e retorna para ele após ser transmitido através do circuito; • Bomba: é utilizada para converter energia mecânica em energia hidráulica, empurrando o fluido hidráulico para todo o sistema; • Válvula controladora de pressão: dispositivo de segurança que permite que o fluido seja conduzino de volta ao reservatório; 30 • Válvula de controle direcional: permite que o fluido escoe por caminhos diferentes, a fim de controlar os elementos dentro do sistema hidráulico. As válvulas de controle direcional possuem variados números de portas, dependendo dos requisitos do sistema; • Atuador: os atuadores hidráulicos convertem o fluido transmitido em energia mecânica para mover a carga. A forma mais comum de atuador usado em sistemas hidráulicos é um cilindro ou atuador linear e também o motor hidráulico. 2.2 Cavaco O cavaco é o termo utilizado para designar os pedaços de material removidos da peça durante o processo de usinagem, promovido pela ação de uma ferramenta. A formação do cavaco é influenciada por vários parâmetros de corte que afetam também as forças, tensões, potências e temperaturas geradas durante a usinagem. Apesar de serem estudados a mais de 100 anos, ainda hoje os mecanismos de formação não são totalmente conhecidos. Isto porque na formação do cavaco atuam grandes temperaturas e altíssimas taxas de deformação. No processo básico de formação do cavaco existe a influência dos principais parâmetros de corte, como velocidade de corte, avanço, fluido de corte, revestimento da ferramenta e material usinado (ferrosos ou não ferrosos). Também no fim do século XIX foram realizados os primeiros estudos para explicar o mecanismo da formação do cavaco, onde se considerava que este fenômeno ocorria pela fratura do material à frente da aresta de corte da ferramenta, no entanto, esta suposição foi prontamente substituída pela teoria do plano de cisalhamento (Ferraresi, 2018). Resultados de pesquisas importantes publicados por (Piispanen, 1937) são considerados até hoje a primeira análise detalhada do mecanismo de formação do cavaco. Durante o processo de usinagem é importante conhecer que o comportamento de vários elementos ou parâmetros além dos citados acima, devem- se à importância do desgaste da ferramenta, força de corte, aresta postiça de corte, calor gerado e o efeito de fluido de corte. Para se obter cientificamente uma explicação para o comportamento dos fatores é necessário um estudo minucioso do processo de formação do cavaco (Diniz, 2014). 31 A formação do cavaco é muito influenciada pelo movimento do mesmo sobre a superfície de saída da ferramenta. Dependendo das condições de corte, propriedade dos materiais da peça e da ferramenta, em parte do contato pode ocorrer aderência. Esta aderência tem uma importância fundamental em quase todos os fenômenos envolvidos durante o corte e existem trabalhos importantes sobre este tema. Foi feito um estudo da formação do cavaco para o aço inoxidável ABNT 304 e obteve-se correlação entre o desgaste da ferramenta, temperatura do cavaco e coloração do mesmo. Além disso, foram obtidas informações sobre a influência do estado de desgaste da ferramenta no tipo e forma do cavaco obtido. O cavaco pode ser utilizado para um diagnóstico do processo de usinagem, fornecendo informações como o nível de desgaste da ferramenta, temperaturas envolvidas entre outras (Machado e Da Silva, 2015). 2.2.1 Tipos de Cavacos De acordo com (Ferraresi, 2018), as classificações mais comuns dos cavacos quanto ao seu tipo é aquela citada tanto na literatura alemã como na americana, e consiste em pelo menos três possibilidades: cavacos contínuos, cavacos de cisalhamento e cavacos de ruptura. Entretanto, Machado e Da Silva (2015), apresentam uma classificação nos seguintes tipos: cavaco contínuo, cavaco parcialmente contínuo ou de cisalhamento, cavaco descontínuo ou de ruptura e cavaco segmentado. • Cavaco Contínuo – são formados na usinagem de materiais dúcteis e apresentam-se constituídos de lamelas justapostas numa disposição contínua, não sendo possível distinguir com nitidez as lamelas formadas. O cavaco contínuo forma-se com altas taxas de corte (geralmente superiores a 60 m/min) e com ângulos de saída assumindo valores elevados. Cook et. al. (1954) define a formação do cavaco contínuo como consequência da interrupção da propagação de uma trinca que foi gerada devido a um campo de tensão de tração desenvolvida na ponta da ferramenta, previamente originado pela curvatura imposta pela cunha cortante. Esta interrupção dá-se devido ao material estar sujeito a elevada tensão de compressão depois do campo de tensão de tração, sendo assim a tensão normal no plano de cisalhamento primário é uma variável para determinar se o 32 cavaco será contínuo ou descontínuo, e ela é fortemente influenciada pelo ângulo de cisalhamento e pelas condições da interface cavaco-ferramenta (Machado e Da Silva, 2015). • Cavaco Parcialmente Contínuo – É um tipo intermediário entre os cavacos contínuos e descontínuos, também denominado cavaco de cisalhamento (Ferraresi, 2018) e apresenta-se constituídos de lamelas justapostas bem distintas. A trinca se propaga parcialmente no plano de cisalhamento primário, e sugerem-se dois fatores importantes relacionados a esta progressão parcial, a energia elástica acumulada na ferramenta pode não ser suficiente para continuar a propagação da trinca fazendo com que o cavaco tenha perda de contato com a ferramenta e interrompa a propagação da mesma e a presença de grande tensão de compressão no plano de cisalhamento primário, que elimina a propagação da trinca (Cook et al, 1954). • Cavacos Descontínuos – Formado pela usinagem de materiais frágeis, há uma ruptura completa do material em grupos lamelares (na região de cisalhamento), os quais permanecem separados e, também é denominado cavaco de ruptura (Ferraresi, 2018). A superfície de contato entre cavaco e superfície de saída da ferramenta é reduzida, assim como a ação do atrito, o ângulo de saída deve assumir valores baixos, nulos ou negativos (Diniz, 2014). A trinca, neste caso, se propaga por toda a extensão do plano de cisalhamento primário, promovendo a fragmentação do cavaco. A zona de cisalhamento secundária também influencia no processo. Inicialmente, um componente de força tangencial à superfície de saída é menor do que a força necessária para promover o escorregamento do cavaco, havendo então o desenvolvimento de uma zona de material estática; a separação do cavaco ocorrerá com o aumento da relação força tangencial e força normal. • Cavacos Segmentados – Os cavacos segmentados são caracterizados por grandes deformações continuadas em estreitas bandas entre segmentos com pouquíssima, ou quase nenhuma deformação no interior destes segmentos (Machado e da silva, 2015). Cook (1953) e Shaw et. al. (1954), explicaram quantitativamente as características de quantidade dos cavacos. Em seus modelos, a taxa de diminuiçãona resistência do material, devido ao aumento local da temperatura iguala ou excede a taxa de aumento da resistência devido ao encruamento, no plano de cisalhamento primário. Isto é peculiar a certos 33 materiais com baixa condutividade térmica. É verificado experimentalmente que alguns materiais a altíssimas velocidades podem sofrer um processo chamado cisalhamento termoplástico catastrófico (Recht, 1964) ou cisalhamento adiabático (Le Maire, 1972) e resulta num processo cíclico de produção de cavacos na forma de uma serra dentada (Barboza, 2018). 2.2.2 Formas de Cavacos Os cavacos além de ser classificados por meio dos quatro tipos, podem ser também classificados quanto a sua forma. Algumas formas de cavaco são indesejadas, pois podem prejudicar uma operação de usinagem, prejudicar o acabamento superficial da peça usinada, colocar em risco a integridade dos operadores e podem provocar avarias na ferramenta. Segundo (Barboza, 2018) têm- se quatro formas de cavaco, sendo: cavaco em fita (a); cavaco helicoidal (b); cavaco espiral (c); e cavaco em lascas (d); conforme apresentado na Figura 17. Figura 17 - Formas de cavacos (1) Fonte: Vieregge (1959) 34 A norma (ISO 3685, 2017) faz uma classificação mais detalhada das formas dos cavacos provenientes da usinagem de metais, conforme apresentado na Figura 18. Figura 18 - Formas de cavacos (2) Fonte: (ISO 3685, 2017) 2.3 Sucatas Sucata ou resíduo é considerada a mercadoria que se tornar definitiva e totalmente inservível para o uso a que se destinava originariamente e que só se preste ao emprego, como matéria-prima, na fabricação de outro produto. Sucata é qualquer resíduo cuja utilização é inviável para sua proposta inicial, porém é reciclável e passível de utilização em outros sistemas produtivos. O termo se refere não apenas a objetos metálicos (ferro, aço, cobre, alumínio, zinco, magnésio etc.), mas também a objetos não metálicos (papel, vidro, plástico, borracha etc.), as categorias de sucatas mais conhecidas são (Coradin, 2017): • Metais ferrosos – estamparia, cavaco (aço, guza, ferro fundido), sucata mista, sucata pesada, chaparia etc. • Metais não-ferrosos – alumínio, cobre, metal, chumbo, zamac, inoxidáveis, ligas especiais, ferros-liga etc. • Sucata de plástico – PEBD (Polietileno de baixa densidade), PEAD (Polietileno de alta densidade), PVC, PET, Vinil, PP, PS, ABS / SAN etc. • Sucata de papel e papelão – ondulados, branco, Kraft, sucatas mistas, jornais, revistas etc. 35 • Sucata de eletrônicos – computadores, baterias, celulares, pilhas, televisores, monitores etc. Popularmente a denominação costuma ser associada à sucata metálica (metais ferrosos e metais não ferrosos), que representa todo o tipo de peça metálica que foi inutilizada devido a uso ou oxidação, mas que pode ser refundida para utilização posterior (reciclagem), por exemplo, na indústria. 2.3.1 Classificação da Sucata • Impureza: Todos os tipos de sucata devem estar isentos de materiais não metálicos e não ferrosos. • Quanto à origem: o industrial: sucata resultante de qualquer processamento industrial. o obsolescência: sucata resultante de todos os materiais considerados obsoletos e irrecuperáveis para o uso a que se destinavam originalmente. • Quanto à massa específica aparente (densidade aparente), a sucata pode ser: o Leve: massa específica aparente inferior ou igual a 600 kg/m3. o Pesada: massa específica superior a 600 kg/m³. 2.3.2 Especificação de Sucatas Conforme citado acima, existem diversos tipos de sucatas, e para uma melhor organização estas também possuem especificações, sendo: • Cavaco e/ou viruta de aço: sucata proveniente da usinagem de peças de aço. • Cavaco de ferro fundido: sucata proveniente da usinagem de peças de ferro fundido. • Estamparia: sucata de aço carbono comum, solta e sem revestimento metálico, pintura, esmaltação composta de retalhos provenientes de processos de estampagem. 36 • Estamparia revestida: sucata de aço carbono comum, solta e com revestimento metálico ou pintura ou esmaltação composta de retalhos provenientes de processos de estampagem. • Sucata tesourada: sucata de aço proveniente da preparação de sucata mista de prensa tesoura com densidade mínima de 500 kg/m3 e comprimento máximo de 800 mm, na maior diagonal. • Mista: sucata de obsolescência em geral, leve, solta, composta por bens de consumo e materiais descartados ao fim de sua vida útil, por exemplo, chaparia de veículos (para-lamas, cabines, carrocerias, portas), eletrodomésticos em geral (fogões, geladeiras máquina de lavar), latas, tambores e bicicletas. • Sucata triturada (shredder): sucata de aço-carbono, geralmente obtida da preparação de sucata mista em trituradores (shredders), solta, com densidade mínima de 800 kg/m3. • Sucata graúda: sucata de aço-carbono, geralmente obtida a partir de obsolescência de máquinas, equipamentos, bens de consumo ou diretamente de processos industriais, por exemplo, tratores, tanques, grandes estruturas, chapas, vigas, tubos e perfis, composta por peças com uma ou mais dimensões superiores a 800 mm na maior diagonal e espessura superiores a 3 mm. • Forjada: sucata gerada no processo de forjamento de peças de aço. Possuem níveis variáveis de elementos de liga residuais, especialmente Cr, Ni, Mo e V. • Sucata estrutural: sucata de aço-carbono pesada, geralmente obtida a partir de processos de oxicorte e corte mecânico ou diretamente de processo industrial com comprimento máximo de 800 mm, na maior diagonal e densidade mínima de 800 kg/m3 e espessura superior a 3 mm. • Sucata miúda: sucata de aço de composição química variada, com revestimento metálico ou não, por exemplo, pedaços de tubos, mandíbulas, molas, parafusos, peças automobilísticas, barras mecânicas, material ferroviário miúdo, com dimensões inferiores a 800 mm na maior diagonal. 37 • Sucata de ferro fundido: sucata de ferro fundido gerada no descarte/obsolescência de peças e componentes que apresentam seus principais elementos de liga (C, Si, Mn, S, P) com teores variados em sua composição, por exemplo, blocos de motores, refugos e canais de fundição, bases de máquinas, tampões, grelhas, tambores de freios, carcaças de caixas de marcha e diferenciais, lingoteiras, tubos, matrizes de estampagem. 38 3 MEMORIAL DE CÁLCULO Memorial ou Memória de Cálculo é um documento que apresenta detalhadamente todos os cálculos efetuados para o desenvolvimento de um projeto, o acompanhando desde o dimensionamento, até o produto final. No corpo do memorial de cálculo estão contidas informações técnicas precisas, claras e detalhadas para a execução do projeto. Ainda, o memorial de cálculo é responsável por conter relatos de possíveis falhas que podem ocorrer na estrutura, e com isso apoia o projeto em possíveis revisões e ajustes a fim de se obter um produto final perfeitamente dimensionado e que atenda todas as necessidades. 3.1 Sucatas Para definir a densidade do cavaco, foi utilizada uma caçamba de referência. Assim, com a massa M (kg) da caçamba cheia e o seu volume V (m3), consegue-se determinar a densidade ρ (kg/m3) do cavaco. Na Figura 19 é apresentado o recipiente com as dimensões definidas. Figura 19 - Esboço inicial do recipiente (caçamba) Fonte: Os autores (2021) 39 Com os valores das dimensões da caçamba de referência (Figura 19), comprimento T= 750 mm, largura L= 500 mm e altura h = 500 mm, foi possível determinar o seu volume V (m3), conforme a Equação 1, (Dante, 2014). V = T. L . h (1) Determinando-se então o volume V = 0,16 m3. A partir dessa análise, foi determinada a densidade ρ (kg/m3) da caçamba que será utilizada no projeto, de acordo com a Equação 2, (Máximo, 2017). ρ = M (kg) V (m3) (2) Verificou-se então o valor dadensidade ρ = 1125 kg/m3. Com a elaboração dos dados, foi criada a geometria da caçamba do projeto, conforme Figura 20 a seguir: 40 Figura 20 - Esboço revisado do recipiente (caçamba) Fonte: Os autores (2021) A mesma lógica foi utilizada para o cálculo do volume V (m3) da caçamba do projeto, utilizando a mesma Equação 1, de acordo com as dimensões citadas na Figura 20. Determinando-se então o volume V = 0,85 m3. Com o volume V (m3) e a densidade do cavaco σ (kg/m3), é possível encontrar a massa M (kg) total da caçamba do projeto cheia, de acordo com a Equação 3, (Máximo,2017). M = V x ρ (3) Encontrando a massa total da caçamba M = 956,25 kg. Todo projeto mecânico possui um fator de segurança (FS), conforme a ABNT 15646 (2009) para veículos elevatórios deve ser >2,1. O valor adotado será 2,1 como fator de segurança. 41 Então a massa final MF (kg) será calculada de acordo com a Equação 4, (Hibbeler, 2019). MF = M × FS (4) A massa final encontrada foi MF = 2068 kg desta forma o valor adotado será de MF = 2100 kg. 3.2 Escolha do Material da Estrutura Para a construção da estrutura optou-se construí-la com tubos de aço SAE 1020, não apenas por razões de custo, mas também por possuir boa resistência e uma maior robustez da construção. O alumínio poderia ser utilizado por possuir baixo peso, contudo, as operações que necessitam de soldagem seriam mais difíceis e as dimensões teriam que ser muito maiores para alcançar a resistência do aço 1020 (SolidWord, 2017). Para os suportes dos pinos foram estudadas as mesmas possibilidades de materiais. Uma viga de perfil “U”, que é extremamente resistente às deformações, será ideal para a coluna dos rolamentos de elevação da caçamba. Os rodízios foram escolhidos de acordo com o peso suportado pela caçamba, assim como o cilindro de elevação e inclinação. 3.2.1 Dimensionamento da Estrutura De acordo com Botelho (2015) dimensionamento: dados os esforços e as tensões limites e os coeficientes de segurança, determinam-se as dimensões das estruturas. É o caso típico de projetos de novas estruturas. Verificação: dada uma estrutura, conhecido seu material e fixados os coeficientes de segurança, verifica-se o máximo esforço que a estrutura suporta. É o caso, por exemplo, de identificar a carga máxima que uma corrente poderá suportar. A ação de verificação é o inverso da ação de dimensionamento. Uma vez que o esforço é determinado, os materiais são conhecidos e o coeficiente de segurança é adotado, a estrutura pode ser projetada. Na Figura 21 ilustra-se o modelo e suas dimensões. Os cálculos de reações foram feitos por análises do carregamento máximo da caçamba. 42 Figura 21 - Vista lateral e dimensões Fonte: Os autores (2021) 3.3 Reação nos Apoios Admitindo-se para a força F o valor de 2100 kg, feita a conversão para Newton ficando F=20600N, a carga máxima incluindo coeficiente de segurança, aplicou-se essa força sobre a coluna onde a caçamba será guiada, produzindo as forças de reação R1 (N) e R2 (N) na base da estrutura, conforme apresentado na Figura 22. Figura 22 – Forças de reação Fonte: Os autores (2021) 43 A partir dessa análise, foram determinadas as forças de reação (R1 e R2) que atuam verticalmente nos apoios de acordo com as Equações 5 e 6, (Hibbler, 2019). R1 = P × B ÷ L (5) R2 = P × B ÷ L (6) Conforme citado por Hibbeler (2019), o somatório de forças em um corpo em equilíbrio no mesmo plano de aplicação deverá ser igual a zero, observado na Equação 7. ∑ f = R1 + R2 − P = 0 (7) Foram determinados, então, os valores das reações, com as Equações 5 e 6 acima listadas, R1 = 17326N e R2 = 3273N . Para viabilizar o material escolhido é necessário o cálculo de momento fletor máximo Mfmáx (Nm), conforme Figura 23, utilizando a Equação 8 abaixo. Figura 23 - Dimensões da base Fonte: Os autores (2021) Mf máx.=P×a×b÷L (8) Após o cálculo da Equação 8, chegou-se ao resultado de Mf máx = 4955,49Nm. 44 Com auxílio de um software de análise estrutural, O Ftool (Two-dimensional Frame Analysis Tool), foi realizada a verificação dos resultados das Equações anteriores, dos esforços na estruturra, conforme são apresentados nas Figuras 24, 25 e 26, a seguir. Figura 24 – Reações nos apoios Fonte: Os autores (2021) 45 Figura 25 – Momento fletor apoio da caçamba Fonte: Os autores (2021) Figura 26 - Momento fletor na base Fonte: Os autores (2021) 46 3.4 Dimensionamento dos Tubos Foi adotado para a base o tubo retangular, aço ABNT 1020 (80mm x 50mm x 5mm) conforme Figura 27. Figura 27 - Tubo 80x50x5 [mm] Fonte: Os autores (2021) Utilizando-se as dimensões do tubo, foi dada continuidade para encontrar o módulo de resistência Wf (mm3) conforme Figura 27, segue Equação 9 abaixo, (Hibbeler, 2019). Wf = 𝐵.𝐻3−𝑏.ℎ3 6.𝐻 (9) Com o módulo de resistencia Wf (mm3) = 24750mm3, é possivel determinar a tensão admissivel a flexão σf (MPa). Dividindo o momento fletor máximo Mf máx (Nm) pelo módulo de resistência, conforme Equação 10 (Hibbeler,2019). σf = Mf máx ÷ Wf (10) Após o cálculo, obteve-se o seguinte valor referente a tensão atuante à flexão σf = 20,2 MPa. De acordo com Cabral (2009) as tensões admissíveis no aço carbono (incluídas no fator de segurança) podem ser obtidas pela Tabela 1, apresentada a seguir. Portanto, o tubo selecionado atende os requisitos de esforços aplicados. 47 Tabela 1 - Tensões Admissíveis Fonte: Cabral (2009) 3.5 Relatório de Análise de Elementos Finitos De acordo com a empresa (Dassault Systèmes, 2016), o software (Solidworks, 2017) usa o Método de Elementos Finitos (MEF), o MEF é uma técnica numérica para a análise de projetos de engenharia. O MEF é aceito como método padrão de análise devido à sua generalidade e por ser bastante indicado para implementação em computadores. Conforme Tabela 2 até a Tabela 10, seguem as etapas da análise de esforços: Tabela 2 - Dados do Equipamento Equipamento: PLATAFORMA ELEVATÓRIA Material: SAE 1020 Desenho N°: D 0001 - Estrutura Revisão: A Fonte: Os autores (2021) Tabela 3 - Descrição Objeto de análise: Estrutura Modelo analisado: 1020x1500x1800 Fonte: Os autores (2021) 48 Tabela 4 - Unidades Comprimento/Deslocamento : mm Temperatura : Celsius Pressão/Tensão : N/m² Área : mm² Inercia : mm4 Força : N Massa específica/Densidade : Kg/m³ Volume : m³ Fonte: Os autores (2021) Tabela 5 - Propriedades do Material Material: SAE 1020 Tipo do Modelo: Isotrópico linear elástico Limite de escoamento: 3,51571.108 N/m² Resistência a tração: 4,20507.108 N/m² Módulo elástico: 2.1011 N/m² Coeficiente de poisson: 0,29 Massa específica : 7900 kg/m3 Módulo de cisalhamento: 7,7.1010 N/m2 Fonte: Os autores (2021) Tabela 6 - Informações de Material do Modelo FIG.01 Perfil U 4,5x40x100 Área da seção: 180 mm² Fonte: Os autores (2021) Tabela 7 - Propriedades do Estudo Tipo de análise: Análise estática Efeito térmico: Ativado Temperatura: 25°C (Ambiente) Carga distribuida: 1.000,00 kg Fonte: Os autores (2021) Tabela 8 - Acessórios de Fixação e Cargas Pontos de fixação considerados no estudo 49 Aplicação de força: 1 face Tipo: força normal Valor: 10.000 N Fonte: Os autores (2021) 3.5.1 Resultado e Conclusão do Estudo Com a aplicação do Método de Elementos Finitos, utilizando o software Solidworks, foram obtidos os valores para a Tensão de Von Mises (Tabela 9) e para o Deslocamento Resultante (Tabela 10).Tabela 9 - Tensão de Von Mises Nome Tipo Min. Máx. Fator de Segurança Tensão Tensão de Von Mises 3,104.101N/m² 1,067.109 N/m² 2,1 Fonte: Os autores (2021) 50 Tabela 10 - Deslocamento Nome Tipo Deslocamento Min. Deslocamento Máx. Deslocamento Deslocamento Resultante 0,000mm 3,192mm Fonte: Os autores (2021) Com os resultados obtidos pelo Método de Elementos Finitos (MEF), concluiu- se que a estrutura está dentro dos parâmetros estabelecidos pelo projeto, aplicando a carga de 1.000 kg conforme Tabela 7 e com fator de segurança de 2.1, citado na Tabela 9, o perfil U sendo utilizado na base da caçamba e coluna, atendem aos requisitos do projeto. 3.6 Dimensionamento Hidráulico Utilizando o (FluidSIM, 2010), um software de desenho e simulação de circuitos pneumáticos, hidráulicos e comandos elétricos, desenvolvido pela empresa FESTO, foi elaborado o diagrama hidráulico, conforme é apresentado na Figura 28. 51 Figura 28 - Esquema Hidráulico Fonte: Os autores (2021) 3.6.1 Cilindro hidráulico O dimensionamento a seguir será baseado conforme instruções no catálogo Parker. Para o cálculo de dimensionamento são utilizados os seguintes dados: • Carga (força necessária do cilindro); 52 • Tipo de cilindro; • Curso do cilindro; • Pressão de trabalho adotada (50 bar) Com a carga 2100 (kgf) precisa-se da força de avanço Fa (N) necessária para que o cilindro suporte a carga, então calcula-se a força Fa (N) que será exercida pelo cilindro segundo Equação 11 (Resnick,2016). 𝐹𝑎 = 𝑚 𝑥 g (11) Logo o valor obtido de Fa = 20601 N. Sendo assim calcula-se a área do cilindro Ac (cm2) definida pela Equação 12 (Linsingen,2016), onde a força de avanço Fa (N) é dividida pela pressão P (Pa.s) do sistema. 𝐴𝑐 = 𝐹𝐴 𝑃 (12) Após o cálculo chegou-se ao seguinte valor Ac = 4,12x10-3m2 = 41,2 cm2. Com o valor da área do cilindro Ac (cm2) adota-se o diâmetro D (cm) comercial necessário conforme Equação 13 (Fialho,2018). 𝐷 = 2√ 𝐴𝑐 𝜋 (13) O diâmetro D (cm) do cilindro, definido com o resultado da Equação 13 será de D=7,24 cm, sendo igual à 72,4 mm. O diâmetro comercial deve ser maior ou igual ao resultado obtido. Conforme apresentado na Figura 29, adotou-se o tipo do cilindro H. 53 Figura 29 – Tipos de montagens de cilindros (1) Fonte: Catálogo Parker (2017) Conforme projeto, o tipo do cilindro indicado é o H, pois a base será o ponto de fixação do mesmo e a haste ficará livre para o avanço. Tabela 11 - Fator de Curso Fonte: Catálogo Parker (2017) Para selecionar o diâmetro da haste precisa-se calcular o comprimento básico, e, de acordo com a Equação 14 multiplica-se o curso real pelo fator de curso (valor adotado conforme Tabela 11). Comprimento básico = curso real x fator de curso (14) Segundo a Equação 14, obteve-se o comprimento básico de 1500 mm. Em seguida, conforme equações anteriores e com auxílio da Tabela 12, pode- se selecionar o diâmetro da haste do cilindro e o comprimento do tubo de parada do cilindro. 54 Tabela 12 - Gráfico de seleção de haste e tubo de parada Fonte: Catálogo Parker (2017) De acordo com a análise da Tabela 12, entre o comprimento básico de 1500 mm e a força de 20,6 kN, observa-se que a dimensão da haste está entre 34,9 mm e 44,5 mm, neste caso adota-se o maior valor. Logo a haste será de 44,5 mm de diâmetro e comprimento do tubo de parada será de 50 mm. Depois dos resultados obtidos com as equações anteriores e utilizando-se a Tabela 13 pode-se definir corretamente o diâmetro do cilindro comercial. 55 Tabela 13 - Tipos de Hastes e Diâmetros de Cilindros Fonte: Catálogo Parker (2017) Ao observar a Tabela 13, nota-se que não há cilindro comercial de 72,4 mm, desta forma adota-se o valor posterior ao diâmetro calculado. Neste caso o diâmetro escolhido é de 82,6 mm com haste n°3, que corresponde ao diâmetro de 44,5 mm . Depois de adotado o cilindro, calcula-se a pressão de trabalho Ptb (bar) através da Equação 15 (Fialho, 2018). Ptb = 4𝑥𝐹𝑎 𝜋𝑥𝐷2 (15) Feito o cálculo, a pressão de trabalho é Ptb = 38,44x105 Pa = 38,44 bar. Ao obter a pressão de trabalho Ptb (bar), calcula-se a pressão controlada na válvula de alívio conhecida como pressão nominal Pn (bar) conforme Equação 16 (Fialho, 2018). Pn = 𝑝𝑡𝑏 (1−0,15) (16) A pressão nominal Pn (bar) obtida será de 45,22 bar. A seguir, na Tabela 14, observou-se a velocidade de avanço, vazão, diâmetro interno do tubo da haste e o tipo de conexão de acordo com o cilindro adotado. 56 Tabela 14 - Velocidade da Haste no Avanço Fonte: Catálogo Parker (2017) 3.6.2 Cilindro inclinado. Seguindo os princípios das equações anteriores, dimensiona-se o diâmetro do cilindro inclinado. Desta vez utiliza-se somente a massa total da caçamba (956,25 kgf). Por ser inclinado multiplica-se Fa (N) pelo ângulo inicial em relação ao eixo x. Neste caso Fa x cos (10°). Primeiramente calcula-se a força de avanço do cilindro Fa (N) que é definida pela Equação 11(Renisck, 2016). 𝐹𝑎 = 𝑚 𝑥 g (11) Então a força de avanço Fa (N) é igual 9380,8 N. Em seguida, calcula-se a área do cilindro (cm2) através da Equação 12 (Linsingen,2016). 𝐴𝑐 = 𝐹𝐴 𝑃 (12) A área do cilindro obtido será de Ac=1,876x10-3 m2 = 18,76 cm2. Com o valor da área do cilindro Ac (cm2) é calculado o diâmetro D (cm) comercial necessário através da Equação 13 (Fialho, 2018). 𝐷 = 2√ 𝐴𝑐 𝜋 (13) O resultado obtido é D= 4,88 cm = 48,8 mm. 57 Conforme apresentado na Figura 30, a seguir, definiu-se que o tipo do cilindro será o BB. Figura 30 - Tipos de montagens de cilindros (2) Fonte: Catálogo Parker (2017) Para o cilindro inclinado será selecionado o tipo BB, por possuir o encaixe do pino fêmea, tendo assim uma melhor estabilidade no apoio do cilindro. Para selecionar o diâmetro da haste precisa-se calcular o comprimento básico, utiizando a Equação 14, multiplica-se o curso real pelo fator de curso da Tabela 11. Comprimento básico = curso real x fator de curso (14) Desta forma, de acordo com o cilindro BB o fator de curso é igual a 4,0 encontrado na Tabela 11, então o resultado pós cálculo do comprimento básico será de 2000 mm. Analisando a Tabela 12 é selecionado o diâmetro da haste e o comprimento do tubo de parada. Logo após análise da Tabela 12 a haste selecionada será de 34,9 mm de diâmetro e tubo de parada de 100 mm de comprimento. Por último, analisa-se a Tabela 13 para definir corretamente o diâmetro comercial do cilindro. Logo o diâmetro especificado próximo ao calculado é D=50,8 mm, com haste N°2 de 34,9 mm. Com a escolha do cilindro definido, calcula-se a pressão de trabalho Ptb (bar), Equação 15 (Fialho,2018). Ptb = 4𝑥𝐹𝑎 𝜋𝑥𝐷2 (15) Desta forma a pressão de trabalho obtida é Ptb = 45,58x105 pa.s = 45,58 bar. 58 Com a pressão de trabalho encontrada define-se a pressão nominal Pn (bar) obtido pela Equação 16 (Fialho 2018). Pn = 𝑝𝑡𝑏 (1−0,15) (16) A pressão nominal estabelecida após calculo é Pn=53,62 bar. 3.6.3 Volume do cilindro. Primeiramentecalcula-se a área A (cm2) do cilindro através da Equação 17 (Osvaldo, 2013). 𝐴 = 𝜋𝑟2 (17) Após o cálculo, os respectivos valores das áreas dos cilindros foram os seguintes: • Área do cilindro de elevação A = 53,58 cm2. • Área do cilindro inclinado A = 20,26 cm2. Sendo assim ao multiplicar a área A (cm2) pelo curso c (cm) do cilindro sabe- se o seu volume 𝑣 (cm3), conforme Equação 18 (Linsingen,2016). 𝑣 = 𝐴𝑥𝑐 (18) Os valores encontrados do volume 𝑣 (cm3) de cada cilindro foram os seguintes: • Volume do cilindro de elevação 𝑣 = 5358 cm3 = 5358 ml = 5,358 L • Volume do cilindro inclinado 𝑣 = 1020 cm3 = 1020 ml = 1,020 L 3.6.4 Velocidade do cilindro Conforme Tabela 6 a velocidade V (m/min) dos cilindros são iguais a: • Cilindro de elevação V = 8,7 m/min • Cilindro inclinado V = 19,8 m/ min 59 Desta forma é calculado o tempo t (s) de avanço conforme o curso de cada cilindro por regra de três simples. Após os cálculos os valores do tempo t (s) de avanço de cada cilindro são os seguintes: • Cilindro de elevação = 6,9 s. • Cilindro inclinado = 1,51 s 3.6.5 Bomba hidráulica Para saber a vazao Q (L/min) da bomba hidráulica, soma-se primeiramente o valor total do tempo t (s) de avanço e volume 𝑣 (cm3) de cada cilindro e depois realiza- se o cálculo pela Equação 19 (Linsingen,2016). • Tempo t = 1,51s +6,9 s = 8,41 s • Volume 𝑣 = 5,358 L +1,020 L = 6,378 L 𝑄 = 𝑣 𝑡 (19) Com o cálculo conclui-se que precisa-se de uma bomba com vazão de Q= 45,56 L/min. Conforme catálago Hybel, adotado bomba de engrenagem, série SO3 com pressão de 50 bar e 1600W, rotação máxima de 2850 rpm e reservatório hidráulico com capacidade de 12 litros (ver Figuras 31 e 32). 60 Figura 31 – Bomba Hidráulica Fonte: Hybel (2021) Figura 32 – Conjunto Unidade Hidráulica Fonte: Hybel (2021) 61 4 VIABILIDADE Visando facilitar o trabalho de descarte de cavacos provenientes da usinagem, segurança, otimização do tempo e também custo, a plataforma terá um valor de, aproximadamente, R$ 16.000,00 conforme Tabela 15. Para base de comparação, utilizou-se o valor que a empresa teria com um operador de empilhadeiras. Tabela 15 - Custo Descrição QTD Código do produto Fornecedor Valor unitário (R$) Valor total (R$) Cilindro 3.1/4"x1500 mm 1 0508 TC UV 44 MC-1500 Parker R$1.950,00 R$1.950,00 Cilindro 2"x 270 mm 1 1016 DB UV 49 MC-0270 Parker R$2.058,00 R$2.058,00 Comando hidráulico -2 alavancas 1 SÉRIE D1V Parker R$1.600,00 R$1.600,00 Unidade hidráulica 1 H TDDL20 12 1600 12 H 12 50 H D Y Hybel R$3.200,00 R$3.200,00 Mangueira para alta pressão 4 F301SN 37 39 20 16 16-2000MM- 180 Parker R$230,00 R$920,00 Corrente de transmissão ISO 40 2 passo ½” 2 1/2 x 5/16 Cerello R$300,00 R$600,00 Bateria 12v 150ah 1 En30 Powertek R$1.309,00 R$1.309,00 Carregador de Baterias 12V 10A 1 BAC1210 DYV R$1.117,50 R$1.117,50 Barra de tubo retangular 6 M 1 80 x 50 esp. 5 CG talhas R$26,00 R$26,00 Barra perfil U 6 M 1 100 x 80 x 30 esp. 5 Tuper R$531,00 R$531,00 Rolamento 4 N 206 ECM SKF R$88,00 R$352,00 Rolamento 2 6302 RS SKF R$37,00 R$74,00 Roda de nylon com freio 2 GS 62 PE Shioppa R$78,00 R$156,00 Roda de nylon 2 R 62 PE Shioppa R$56,00 R$112,00 Mão de obra 1 ******* ****** R$1.500,00 R$1.500,00 TOTAL R$15.505,50 Fonte: Os autores (2021) 62 O salário de um operador de empilhadeira está em média de R$ 1.711,00 reais (VAGAS). Tendo esse valor como base, pode-se estipular quanto a empresa desembolsa para manter um funcionário no regime CLT. Além do salário, a empresa deve contribuir com valores extras para seguir a legislação trabalhista brasileira, dissídio, INSS, FGTS e férias são apenas alguns dos direitos previstos para os empregados. De acordo com uma pesquisa realizada pela Fundação Getúlio Vargas (FGV) os custos são os seguintes, conforme Tabela 16. Tabela 16 - Custo Trabalhista no Brasil Fonte: Fundação Getúlio Vargas (2012) Utilizando apenas o salário médio de um operador de empilhadeira e a Tabela 16 como referência para efetuar os cálculos, foram obtidos os seguintes valores, conforme Tabela 17. Tabela 17 - Custo Operador de Empilhadeira Duração do contrato 12 meses Valor mensal Custo para empresa [a] 3.063 Salário equivalente (valoração do empregado)[b] 1.711 Custo da legislação trabalhista (R$)[c]=[a]-[b] 1.351 Custo da legislação trabalhista (% do salário equivalente)[c]/[b] 79% Peso da legislação trabalhista (% do custo total)[c]/[a] 44% Fonte: Os autores (2021) 63 Conclui-se, portanto, que a empresa tenha um custo anual de aproximadamente R$ 36.756,00 reais para manter um operador de empilhadeira. Utilizando a plataforma elevatória, qualquer colaborador da área de usinagem, que já esteja integrado no quadro de colaboradores da empresa, poderá manusear o equipamento, com instruções rápidas sobre e como utilizar os comandos, e, assim, não haverá custo extra com um operador especializado. O valor de empilhadeira e os demais insumos não foram levados em conta, pois fica claro que a plataforma elevatória possui uma viabilidade melhor se comparados os seus custos com os custos de um operador de empilhadeira CLT. 64 5 MANUTENÇÃO As atividades de manutenção são projetadas para evitar a deterioração dos equipamentos e dispositivos devido ao uso incorreto e ao desgaste natural. A degradação pode se manifestar como perda de desempenho, paradas de produção, fabricação de produtos inferiores, poluição ambiental e assim por diante. Esses desempenhos têm um grande impacto negativo na qualidade e produtividade e, em última análise, colocam a sobrevivência da empresa em risco. Isso mostra que a gestão da manutenção é importante para aumentar a produtividade e gerar benefícios potenciais (XENOS, 2014). 5.1 Plano de Manutenção Preventiva Visando à qualidade e longevidade do equipamento, foram adotadas as seguintes recomendações referentes à sua manutenção, conforme Tabela 18. Tabela 18 - Plano de Manutenção Fonte: Os autores (2021) 65 6 SEGURANÇA E MEIO AMBIENTE A maior parte dos acidentes que derivam do uso das máquinas e de sua manutenção ou concerto têm origem na falta de observação dos mais básicos cuidados referentes à segurança. É portanto, necessário estar cada vez mais atento em relação aos riscos potenciais presentes no uso da plataforma, com muita atenção aos efeitos que podem derivar de cada ação realizada. Como precauções para que acidentes sejam evitados, a NR-12 prescreve orientações com itens que devem ser verificados ao utilizar um equipamento, e, tomando como base a norma de referência, foram especificados alguns itens para que a plataforma elevatória seja utilizada com segurança, conforme apresentado a seguir. • Certifique-se de que o terreno no qual se apoiará a máquina (rodas ou estabilizadores) seja suficientemente sólido e estável para não prejudicar a estabilidade do equipamento no momento de atuação; • Não manipule cargas superiores à capacidade máxima da plataforma; • Não use a plataforma elevatória de cavaco se ela estiver quebrada ou com defeito; • Faça uma inspeção completa de pré-operação da plataforma e verifique todas as funções antes de iniciar o turno de trabalho. Sinalize e desative imediatamente a plataforma caso esteja danificada; • Verifique se todas as manutenções preventivas foram executadas conforme programado; • Não opere a plataforma com um vazamento de óleo hidráulico; • Não abaixe a plataforma móvel se sob ela houverem pessoas ou obstáculos; • Use a plataforma somente para aquela finalidade designada. É absolutamente proibido utilizar o equipamento para elevaçõesde pessoas; • Estude atentamente a área de trabalho antes de manusear o equipamento: use como referência as dimensões da plataforma e do local de trabalho. É proibido trafegar com o equipamento em ambiente chuvoso; 66 • Não coloque ou amarre cargas que sobressaiam ou sobrecarregue qualquer parte do equipamento. 6.1 Dispositivos de Segurança no Equipamento Na plataforma elevatória estão montados dispositivos de segurança que não devem ser modificados ou desmontados. 6.1.1 Válvula Reguladora de Fluxo com Retenção As unidades devem ser equipadas com um dispositivo de retenção para impedir movimentos descendentes pela ação da gravidade. Válvula de retenção é aquela que impede o deslocamento da caçamba em caso de falha do sistema hidráulico. No caso de movimento vertical de acionamento hidráulico, a válvula de retenção deve ser instalada de forma diretamente sobre o cilindro, ou o mais próximo possível daquele, usando somente tubos flagelados. 6.1.2 Botão de Emergência Tipo Cogumelo Em sua posição normal ele permite que a conexão inicial aconteça com o contator tipo normal aberto. Assim que o individuo próximo do equipamento detecte algum problema ou situação insegura, basta pressionar o botão de emergência para interromper o ciclo que está sendo executado parando a máquina. Após a confirmação de normalização do ambiente, o operário deve girar o botão no sentido horário para desbloquear o sistema. 6.2 Equipamentos de Proteção Individual (EPIs) Quando opera-se ou realiza-se manutenções, deve-se utilizar os seguintes EPI’s. • Capacete de proteção; • Luvas de proteção; • Calçados de segurança; • Protetores auriculares; • Óculos de segurança. 67 6.3 Meio Ambiente Itens contaminantes encontrados no projeto e no processo de descarte: • Óleo hidráulico; • Óleo solúvel; • Pano para limpeza; • Graxa dos rolamentos. Todos estes itens são armazenados de forma que não possam prejudicar o meio ambiente, até que as empresas responsáveis façam a coleta. 68 7 CONCLUSÃO O desenvolvimento do presente trabalho possibilitou a compreensão das dificuldades encontradas nas atividades de descarte de resíduos provenientes da usinagem, onde são comprometidas, principalmente, as condições físicas dos colaboradores e a produtividade do serviço. Com esse entendimento, visando a solucionar os principais problemas e cumprir o objetivo deste estudo, desenvolveu-se a Plataforma Elevatória para Descarte de Cavaco. Com o sistema de elevação hidráulico para otimização do diâmetro do cilindro e ganho de capacidade, estrutura dimensionada para carga de trabalho máxima sobre a caçamba de até 1000 kg e rodízios para movimentação, a Plataforma permite que apenas um colaborador faça o transporte e o descarte dos resíduos. Ainda, comparada com as empilhadeiras (equipamento que faz essa função de descarte), a Plataforma apresenta maior viabilidade em relação a custo, manutenção e operação, podendo ser facilmente utilizada em diversas empresas, principalmente nas de pequeno e médio porte. A aplicação dos cálculos se fez necessária exclusivamente para simular de forma mais aproximada a estrutura e os componentes da Plataforma Elevatória no software utilizado que, consequentemente, no futuro, com a aplicação do projeto e da simulação, poderá ser utilizado para desevolver a fabricação de um protótipo. De modo geral, nota-se que os resultados obtidos por conceitos e aplicações sobre a Plataforma Elevatória são satisfatórios uma vez que este equipamento facilitará a execução do serviço analisado, obtendo, ainda, aumento em sua produtividade. 69 REFERÊNCIAS AÇOSPORTE COMERCIAL DE AÇOS LTDA Disponível em: https://www.acosporte.com.br/aco-sae-1020/ . Acesso em: 11 nov. 2021. ABNT Catálogo. 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