Projeto de Fabricação - 2019

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UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES 
 
Bruna Souza 
David Mattos 
Gustavo Bernardo 
Luíza Santos 
Gabriel Marcondes 
Pedro Rissoni 
 
 
 
Dispositivo de Segurança ROPS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mogi das Cruzes 
2018 
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UNIVERSIDADE MOGI DAS CRUZES 
 
Bruna Souza 
David Mattos 
Gustavo Bernardo 
Luíza Santos 
Gabriel Marcondes 
Pedro Rissoni 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dispositivo de Segurança ROPS 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mogi das Cruzes 
2018 
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RESUMO 
 
O objetivo do projeto é a manufatura e estudo do protótipo de um ROPS (Célula de 
segurança) e a analise estrutural computacional do mesmo, esta analise consiste em 
verificar os esforços atuantes no sistema e quantifica-los a fim de certificar a 
capacidade protetiva da célula em caso de incidentes que possam expor o operador 
a risco de morte. Tal análise será realizada por meio de softwares dispostos de 
ensaios de tração, compressão e cisalhamento uma vez que acreditasse que 
utilização dos mesmos é a forma mais confiável para se obter resultados precisos 
sanando assim duvidas quanto as deficiências e eficácia da estrutura. 
Tal analise utilizará conceitos de disciplinas como Resistências dos Materiais I e II 
na análise estrutural, Fabricação mecânica I e II na quantificação de detalhamento 
do processo de fabricação e Materiais de Fabricação na escolha da matéria prima a 
ser utilizada no decorrer projeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Sumário 
1 INTRODUÇAO .........................................................................................................................................6 
2 TRATORES AGRICOLAS ......................................................................................................................7 
2.1 NORMAS REGULAMENTADORAS ..............................................................................................9 
2.1.1 NR 12 – MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS ..........................................................................................9 
2.1.2 NR 31 – SEGURANÇAS E SAUDE NO TRABALHO NA AGRICULTURA .................................................9 
3 DISPOSITIVO DE SEGURANÇA ROPS.............................................................................................10 
3.1 SEGURANÇA APLICÁVEL NA CABINE DO TRATOR ..............................................................10 
4 REFERENCIAMENTO DE CALCULOS ..............................................................................................14 
4.1 MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO DA CABINE ..................................................................................................14 
4.2 ANALISE DE EFICIÊNCIA DA ESTRUTURA.......................................................................................................15 
5 MEMORIAL DE DESENHOS ...............................................................................................................17 
6 CONCLUSÃO .........................................................................................................................................18 
7 REFERÊNCIAS ......................................................................................................................................20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 INTRODUÇAO 
 
Desde os primórdios da humanidade, o homem vem inventando e adaptando 
equipamentos para facilitar suas tarefas diárias, tais equipamentos, veem sendo 
modificados ao longo do tempo e tornando os processos simples e eficazes. 
Um grande divisor na história foi a Revolução Industrial nos séculos XVIII e XIX, que 
aperfeiçoou os grandes processos de fabricação com as máquinas á vapor. Mesmo 
com a diáspora da população das zonas rurais, para os grandes centros urbanos, 
ainda sim se fez necessário à produção agrícola. 
Com a necessidade de continuar produzindo e com menos mão de obra, o setor 
agrícola se viu obrigado a tornar seu processo mecanizado e acompanhar a 
Revolução Industrial, assim surgiram ás máquinas e equipamentos agrícolas. 
Atualmente, com o grande crescimento do setor agrícola no mundo, temos grandes 
indústrias produtoras de máquinas e equipamentos, entre estes, os tratores 
agrícolas. Devido à tamanha importância dos tratores no processo produtivo, se faz 
necessário estabelecer medidas de segurança operacionais, e seguir 
cuidadosamente as Normas Regulamentadoras aplicáveis. 
Tomando como base estas informações, decidimos estudar o dispositivo de 
segurança ROPS utilizado pela Indústria Valtra em seus tratores agrícolas. E 
reproduzir um protótipo desse dispositivo, para fim de estudo acadêmico. 
Tal dispositivo tem como principal função, proteger o operador do trator contra 
quedas de objetos e capotamento, tornando a cabine segura e evitando o 
esmagamento em caso de colisões. Sua aplicação no trator garante fácil instalação 
e retirada se necessário, garantindo que ele seja um item básico e de importante 
funcionalidade. 
 
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2 TRATORES AGRICOLAS 
 
Multiplicando a força humana e gerando produtividade para os trabalhadores, o 
trator é um equipamento essencial para a área de construção civil e agricultura. 
O ramo de máquinas pesadas contribuiu muito para a otimização do trabalho e 
produtividade dos operários, os equipamentos desenvolvidos para as áreas de 
engenharia civil e agricultura possibilitaram que diversas obras obtivessem uma 
melhoria e aumentassem suas demandas, com o uso dos tratores em obras e 
campos agrícolas foi possível multiplicar a força humana. 
O trator é uma máquina que exerce tração, ou seja, um veículo projetado para 
arrastar alfaias e implementos específicos, há diversos tipos de tratores como: 
tratores de pneus, tratores isométricos, tratores rodoviários e tratores de artilharia. 
As características de cada equipamento são analisadas e implementadas nas áreas 
de construção civil, agricultura, cargas militares, construções de rodovias, entre 
outros. 
Um dos maiores fabricantes de trator é a AGCO detentora das conhecidas marcas 
VALTRA e Massey Ferguson. 
 
 
Figura 1 – Componentes básicos de um trator 
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Figura 2 – Trem de força 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.1 NORMAS REGULAMENTADORAS 
 
A Norma Regulamentadora De Segurança E Saúde No Trabalho Na Agricultura, 
Pecuária, Silvicultura, Exploração Florestal E Agricultura – NR 31 (Portaria N.º 86, 
DE 03/03/05 - DOU DE 04/03/05), no parágrafo 31.12, que trata das máquinas e 
equipamentos agrícolas, determina que todos os tratores agrícolas devem ser 
equipados com diversos dispositivos de segurança que garantem a integridade física 
do operador desde que usados de maneira correta, dentre estes equipamentos 
podemos citar as estruturas de proteção ao capotamento (EPC), (Figura 1) que 
usadas em conjunto com o cinto de segurança, (Figura 2), protegem o operador de 
ser esmagado pelo trator quando este vier a tombar. 
 
2.1.1 NR 12 – MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS 
 
Determina, dentre outras coisas, as instalações e áreas de trabalho, distâncias 
mínimas entre as máquinas. Os equipamentos; dispositivos de acionamento, partida 
e parada das máquinas e equipamentos. 
Em seus vários anexos os equipamentos são mostrados de forma bem detalhada, 
sempre busca a padronização das medidas de prevenção a serem adotadas, a fim 
de obtermos um trabalho mais seguro em todas as operações com o maquinário. 
 
2.1.2 NR 31 – SEGURANÇAS E SAUDE NOTRABALHO NA AGRICULTURA 
 
Estabelece os preceitos a serem observadas na organização e no ambiente de 
trabalho, de forma a tornar compatível o planejamento e o desenvolvimento de 
quaisquer atividades da agricultura, pecuária, silvicultura, exploração florestal e 
aquicultura com a segurança e saúde e meio ambiente do trabalho. 
 
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3 DISPOSITIVO DE SEGURANÇA ROPS 
 
3.1 SEGURANÇA APLICÁVEL NA CABINE DO TRATOR 
Este componente refere-se a um dispositivo de segurança aplicável em uma cabine 
de um trator agrícola cujo objetivo é proteger o usuário contra o risco de queda de 
objetos e de capotagem. 
Todos os gêneros de veículos possuem características que objetivam proporcionar 
segurança aos seus usuários e, naturalmente, os equipamentos agrícolas não são 
exceção. Esse assunto é tratado com tal seriedade que existem inclusive normas 
que regem as condições de segurança que tais veículos devem possuir. Se for 
observado um trator agrícola é, via de regra, perceptível a presença de uma 
estrutura rígida em volta do assento do usuário. Tal estrutura poderá eventualmente 
ser parte integrante de uma cabine ou não, mas, de todo o modo, será sempre 
resistente o suficiente para proteger o usuário em caso de capotagem. 
Nesse sentido, um trator deve possuir uma estrutura de proteção contra capotagem 
(ROPS) e uma estrutura de proteção contra o risco de queda de objetos (FOPS). 
A estrutura de proteção contra capotagem (ROPS) é alcançada por um conjunto de 
elementos estruturais que após ser montado em uma máquina (trator) tem como 
função principal a limitação dos riscos de esmagamento do condutor no caso de 
capotagem desta e estando o condutor munido do cinto de segurança. Os elementos 
estruturais incluem todos os quadros secundários, barras, elementos de montagem, 
chapas de fixação, pernos, cavilhas, suspensões ou dispositivos 
flexíveis amortecedores de choques, utilizados para fixação do conjunto ao 
chassi da máquina, excluindo-se os dispositivos de montagem que são 
parte integrante do chassi da máquina. 
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Com referência à estrutura de proteção contra o risco de queda de objetos (FOPS), 
se houver risco de queda de objetos ou de materiais, as máquinas devem ser 
concebidas e equipadas com pontos de fixação, se as suas dimensões o permitirem, 
para poderem receber uma estrutura de proteção contra esse risco. 
Sendo assim, uma máquina que seja projetada para atuar em um meio onde haja 
risco de capotagem ou risco de queda de objetos, deve possuir uma estrutura 
projetada para garantir a segurança de seu usuário. Naturalmente, que um trator 
agrícola pelo fato de ser utilizado em regiões acidentadas necessita de tais 
proteções. 
Entre os diversos itens que oferecem segurança ao usuário, a estrutura do trator é 
dotada de uma estrutura ROPS e, possui um teto de modo a garantir a estrutura 
FOPS. A proteção FOPS é normalmente compreendida por uma estrutura protetora 
rígida disposta na região do teto. 
Um exemplo de uma solução do estado da técnica é revelado pelo documento norte-
americano US 3,712,664 que descreve uma estrutura aplicável em um teto de um 
trator agrícola cuja função é oferecer proteção ao usuário em caso de capotagem ou 
contra eventual queda de objetos. Tal solução faz uso de uma estrutura que permite 
o encaixe de faixas de material rígido no sentido longitudinal e transversal. 
Adicionalmente a estas faixas de proteção, o teto recebe um enchimento de espuma 
para minimizar eventuais impactos que o usuário possa sofrer. Por fim, o teto pode 
ainda ser removido como um todo. 
Muito embora a tecnologia revelada por este documento do estado da técnica 
apresente algumas soluções, ela possui inconvenientes pelo fato de possuir uma 
estrutura ser rígida, obrigando a sua aplicação a projetos predefinidos, não 
permitindo a sua adaptação a cabines de tratores já existentes. Adicionalmente, a 
estrutura de proteção não é removível (apenas o teto como um todo), não permitindo 
a remoção exclusiva da proteção FOPS nos casos em que determinado incidente 
apenas possibilite a saída do usuário pelo teto, ou até mesmo para manutenção. 
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As demais soluções encontradas pelo estado da técnica apresentam estruturas 
similares que consistem tipicamente em uma estrutura rígida de metal que não 
permite a adaptação a tratores que não possuam a proteção FOPS, nem são 
removíveis. 
Nesse sentido, não foi ainda encontrada uma solução que proporcione uma 
estrutura flexível de proteção contra o risco de queda de objetos (FOPS) que possa 
ser instalada sobre um sistema já existente, como um teto com ar condicionado ou 
aberturas de emergência, que permita ser facilmente removida em caso de 
emergência ou necessidade de eventuais manutenções e que, por outro lado, possa 
ser aplicada para converter facilmente um trator sem esta proteção para um trator 
com proteção FOPS. 
Os objetivos da presente invenção são alcançados através da provisão de um 
dispositivo de segurança aplicável em cabines de tratores, o dispositivo de 
segurança compreendendo pelo menos um elemento estrutural cujo perímetro 
compreende uma pluralidade de elementos de suporte e uma pluralidade de 
elementos flexíveis alongados cujas porções extremas são associáveis aos 
elementos de suporte. 
 A presente invenção trata de um dispositivo de segurança para aplicação em 
cabines de tratores, especialmente do tipo agrícolas, cujo objetivo é proporcionar as 
condições de segurança adequadas às normas ROPS (estrutura de proteção contra 
capotagem) e FOPS (estrutura de proteção contra o risco de queda de objetos). 
Ao contrário das soluções rígidas encontradas pelo estado da técnica, a presente 
invenção apresenta um dispositivo de segurança flexível e removível cuja 
construção e detalhes serão aprofundados em seguida. 
Dependendo das condições de utilização ou do projeto de cabine existente, deve 
existir uma estrutura para proteção contra o risco de queda de objetos (estrutura 
FOPS). 
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A presente invenção foca exatamente neste tipo de estrutura (FOPS), apresentando 
uma solução de simples implementação, o que a torna versátil e aplicável tanto em 
novos projetos de cabine como em cabines já existentes que não possuam tal 
estrutura, garantindo aos tratores segurança FOPS. 
 
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4 REFERENCIAMENTO DE CALCULOS 
 
4.1 Materiais para construção da Cabine 
Praticamente todas as cabinas de tratores que possuem ROPS produzidas no 
mundo são fabricadas com aço e ligas de aço. Os aços são especificados de acordo 
com as suas propriedades mecânicas aliadas ao seu custo, devido a uma grande 
variedade de fornecedores que trabalham com normas de especificações de 
materiais diferentes. Os aços mais usuais são ASTM A500, ASTM A36, ASTM A572, 
ASTM A242 e SAE 1020. 
Nas fabricações das vigas das cabinas já existentes, destaca-se o uso do aço 1020, 
tanto por sua facilidade de mercado quanto por seu preço competitivo. Atendendo 
aos principais requisitos mecânicos. Tratando de um aço estrutural e de construção, 
vendido normalmente em perfis tubulares ou retangulares, sendo trabalhado a frio 
ou a quente e podendo ser soldado ou sem costura. 
As propriedades mecânicas desse material variam de acordo com a forma e 
espessura do perfil. No formato e espessura no qual determinamos útil a nosso 
processo, este possui uma tensão de escoamento média de 323MPa, com uma 
tensão máxima de tração de 428MPa. 
Calculadas a partir do diagrama de Tensão X Deformação 
 
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Utilizando os mesmos princípios das grandes fabricantes de célula de sobrevivência 
decidiu – se utilizar tal material uma vez que mesmo em escala reduzida atende osrequisitos mecânicos para nosso protótipo. Sendo que sua tensão de escoamento é 
superior a 300MPa. Como mostra abaixo: 
 
Devido a estas propriedades mecânicas, comprovadas por diagrama e tabela 
fornecidas. Ficou evidente a escolha do material visando a redução de custo e 
máxima eficácia protetiva. 
Para o dimensionamento exigido em escopo, ficou decidido o uso do material Aço 
Carbono 1020 perfil tubular de 25 mm com paredes de 1,2 a 1,5 mm. 
4.2 Analise de Eficiência da Estrutura 
Como principal objetivo a guarda da vida do operador o ROPS por obrigatoriedade 
deve ser resistente as mais adversas exposições, isto é, capotamentos, queda de 
objetos, colisões, etc. Deste modo é de extrema necessidade que esta célula de 
segurança tenha resistência mecânica quanto a solicitações de tração e 
compressão. Para provar a eficiência da estrutura foram realizadas simulações 
computadorizadas que levaram a estrutura ate o limite da deformação plástica de 
modo a provar a capacidade protetiva da mesma. 
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Podendo observar que mediante a extremos esforços, a estrutura se manteve 
resistente ao rompimento, absorvendo uma enorme quantia de energia como 
podemos observar abaixo na projeção gráfica. 
 
 
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5 MEMORIAL DE DESENHOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6 CONCLUSÃO 
 
O objetivo desta documentação técnica foi o desafio da elaboração de um projeto 
interdisciplinar colocando em prova todo conhecimento curricular adquirido até o 
momento. Provando conceitos matemáticos e físicos, a interdisciplinaridade não 
apenas demonstra a importância para o desenvolvimento profissional e pessoal, 
como expõe a busca factível do mercado de trabalho atualmente. Podemos expor 
com plena certeza que projetos interdisciplinares como este estão diretamente 
conectados com a realidade do mercado. 
Apesar de estar evidenciado a dificuldade de se elaborar um trabalho como este, o 
auxilio de todos os integrantes do grupo e de ferramentas organizacionais como MS 
Project e GrabCad facilitou o desenvolvimento e organização do projeto. 
Desta forma, podemos concluir que o projeto gerou a todos os envolvidos exímios 
conhecimentos sobre o tema abordado, possibilitando a troca de conhecimento 
durante o desenvolvimento do projeto. Percebemos que o mais importante em 
projetos desta natureza não é apenas a obtenção de conceito positivo, mas sim a 
busca pelo conhecimento dedicado a todas as disciplinas envolvidas. 
Podendo pontuar as seguintes questões: 
 Pudemos provar por meio de simulações virtuais, que O ROPs, por nós 
desenvolvido, mostrou – se igualmente resistente e seguro. Provando a especulação 
de redução de escala sem perda de eficácia. Entretanto, alguns desafios como a 
modelagem do mesmo em escala reduzida não se mostrou tão fiel ao simulado. Em 
testes executados com o modelo em escala de 1:1 provam a teoria da análise por 
nos elaborada. 
 
 
 
 
 
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7 REFERÊNCIAS 
 
https://www.escavador.com/patentes/252713/dispositivo-de-seguranca-aplicavel-em-
cabine-de-trator <acessado em: 16/03/2018> 
 
https://www.grupocultivar.com.br/ativemanager/uploads/arquivos/artigos/27-
05_mq_tratores_-_acidentes_com_tratores_agricolas.pdf <acessado em: 
16/03/2019> 
 
https://industriahoje.com.br/o-que-e-um-trator <acessado em 16/03/2019> 
https://segurancadotrabalhonwn.com/resumo-das-normas-regulamentadoras-nrs/ 
<acessado em: 18/05/2019> 
https://www.conhecimentogeral.inf.br/tensao_de_escoamento/ <acessado em: 
18/05/2019> 
 
 
 
 
 
 
 
 
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