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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
ENGENHARIA MECÂNICA – DIURNO
SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA HIDRÁULICO PARA UM CAMINHÃO BASCULANTE
JHONATTAN DIAS
CURITIBA, JUNHO DE 2014
1. DEFINIÇÃO DO PROBLEMA
O exercício proposto pelo professor consistia em dimensionar o sistema hidráulico de um caminhão basculante. Entretanto, antes de dimensionar é necessário fazer algumas considerações sobre para qual tipo de caminhão basculante o sistema irá acionar. Definindo o tipo de caminhão será calculada a força exigida pelo cilindro-pistão bem como o curso que o cilindro deverá possuir. Tendo esses dois valores poderá ser feita a escolha da bomba que irá alimentar o sistema, bem como o motor.Como foi dada a liberdade de escolha, será dimensionado o sistema hidráulico para o caminhão com caçamba basculante com abertura lateral para veículo tipo 4x2 com apenas um cilindro de acionamento. As dimensões da caçamba seguem abaixo:
Fig. 1 – Desenho esquemático do caminhão com a caçamba escolhida.
Tipo de véiculo
Volume (m³)
A - Comprimento (m)
B - Largura (m)
C - Altura (m)
N° de Cilindros
4x2 5 3,9 2,3 0,56 1
Tabela 1 – Dimensões da caçamba escolhida, bem como volume dela.
Antes de iniciar a parte de calculo serão feitas certas considerações de trabalho: a caçamba poderá se inclinar até no máximo 45°, o cilindro será fixado no caminhão a 2,5 m da extremidade direita e no caminhão ele será fixado a 1,95 m da extremidade direita da caçamba. Vale lembrar que as extremidades direitas da caçamba e do caminhão não são coincidentes, sendo que a caçamba está 0,5 m para fora da base do caminhão. Ou seja, as dimensões utilizadas serão as seguintes:
2. CONSIDERAÇÕES DE CARGA E ÂNGULOS
Será considerado o caso do caminhão inteiramente carregado com pedra brita de densidade média de 2,75 g/cm³. Durante o levantamento não haverá nenhuma perda de carga, nem será considerado que as pedras se acomodem, será considerado toda a caçamba como um corpo rígido. Para o pistão não partir de um ângulo zero, ele será montado no caminhão de maneira que ele tenha um ângulo com a base do caminhão inicial de 10°. O coeficiente de segurança adotado será de 1,5 para o cálculo da força. Ele será aplicado sobre a força máxima.
3. CÁLCULO DE FORÇA MÁXIMA REQUERIDA E COMPRIMENTO DO PISTÃO
Com essa densidade chegasse que a massa da caçamba cheia é de:
M=13750kg
Considerando o centro de massa da caçamba carregada no centro geométrico temos que a projeção da força sobre o cilindro vale:
F cilindro=P . sin (β )
Sendo o ângulo beta o ângulo formado entre base do caminhão e cilindro. Por trigonometria tenho que a relação entre beta e alpha vale:
β=tan−1(sin (α+7,422) .1,45
2,5−1,45 .cos (α+7,422))
Tendo o valor do ângulo beta posso calcular a força. O perfil da força no cilindro em função do ângulo é mostrado no gráfico abaixo:
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
100002000030000400005000060000700008000090000
Perfil da força em função do ângulo
Ângulo (°)
Forç
a (N
)
Já o comprimento do cilindro é dado pela expressão:
X=sin (α+7,422 ) .1,45
sin (β )
Logo, a máxima força obtida no cilindro, com coeficiente de segurança, e o comprimento de abertura do cilindro valem:
X 0=1,1mX f=2mΔ X=0,9m
Fmáx=117,27 kN
4. DETERMINAÇÃO DE CILINDRO E BOMBA
A partir do comprimento de curso faço a escolha do tipo de cilindro que será utilizado para com as dimensões dele determinar qual é a pressão que a bomba terá que ter para alimentar o cilindro. Em muitos catálogos não é fornecido o comprimento de curso, um bom número fornece o comprimento fechado. Sendo assim, foi escolhido para o trabalho o cilindro CDH1 MP3/140/100/900A1X/B1CHDMWW da Bosch Rexroth. Esse cilindro possui 140 mm de diâmetro, a haste tem 100 mm de diâmetro e o comprimento de curso são 900 mm.
Calculando a pressão temos:
P= FA
Substituindo os valores do cilindro temos para pressão:
P=1,555MPa=15,55 ¿̄
Logo, a bomba precisa fornecer apenas 15,55 bar de pressão para mexer o cilindro no caminhão. Analisando o catalogo da Flow Serve de bombas, foi selecionada a bomba Mark 3 norma ASME que fornece um pressão de até 27 bar podendo ter vazões de até 0,126 m³/s.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://www.flowserve.com/files/Files/Literature/ProductLiterature/Pumps/fpd-100-bp.pdf <acessado em 1 de junho 2014>http://www.hyva.com/Hyva/UserFilesStore/File/Hyva%20do%20Brasil/Documentos2013/71564168_AC.pdf <acessado em 1 de junho de 2014>http://www.boschrexroth.com/country_units/south_america/brasil/pt/doc_downloads/catalogs/a_downloads_09/cilindro/rp17334_2007-10.pdf <acessado em 1 de junho de 2014>