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>