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UNIVERSIDADE METODISTA DE PIRACICABA

Trabalho de Sistema de Atuação

Alunos: Professor: Flávio Galib

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Santa Bárbara d’Oeste

27 de Julho de 2007

Sumário

1 Objetivo 1

2 INTRODUÇÃO 2

3 INTRODUÇÃO TEÓRICA 2

3.1 Cilindros Hidráulicos 2

3.2 As Formulas para cálculos: 3

3.3 Bombas 4

Existem dois tipos de bomba: 4

3.3.1 Tipos de Bombas 5

3.4 Motor Elétrico 5

3.5 TUBULAÇÃO 6

3.5.2 Tubulação 7

3.6 Válvulas de Controle Direcional 8

3.6.1 As Posições 9

3.6.2 As Vias 9

3.6.3 Acionamento 10

4 Projeto 11

4.1 Esquema do Circuito Hidráulico 11

4.2 Determinação do Cilindro 11

5 Cálculos 12

5.1 Determinação da Bomba 13

5.2 Determinação do Motor 17

5.3 Determinação do Encanamento 17

5.3.1 Cálculo do Diâmetro da Tubulação: 18

5.3.2 Válvula Direcional 18

5.3.3 Válvulas Reguladores de Fluxo Retentivas 18

5.3.4 Válvulas de Segurança 19

5.4 Determinação do Reservatório 19

6 Bibliografia 19

1Objetivo

Desenvolvimento de um sistema hidráulico capaz de levantar as garras de elevação de carga em uma empilhadeira, que esta sobre uma força de 2000KgF, utilizando como base as empilhadeiras convencionais.

2INTRODUÇÃO

Este trabalho tem como objetivo desenvolver e aplicar princípios básicos de cálculo de dimensionamento de circuitos hidráulicos, sendo um projeto composto de 01 Cilindro hidráulico, 01 Bomba hidráulica, 01 Motor Elétrico, 01 Reservatório de Fluido e Válvulas de Comando. Este circuito tem como objetivo constituir um conjunto hidráulico suficiente para levantar uma carga de 2 Toneladas.

3INTRODUÇÃO TEÓRICA

3.1Cilindros Hidráulicos

O Cilindro hidráulico é um atuador linear, o movimento e a força que ele executa são transmitidos na mesma direção e sentido. Por se tratar de um atuador, a função básica de um cilindro hidráulico é transformar pressão hidráulica em uma força mecânica. A figura a seguir mostra um exemplo de cilindro hidráulico.

Figura 1 - Cilindro linear

Dentre os diversos tipos de cilindros podemos destacar dois principais:

  • De simples ação ou simples efeito (avanço com fluido, e retorno com mola);

  • De dupla ação ou duplo efeito (avanço com fluido e retorno também comandado por fluido).

Neste projeto, o cilindro utilizado é do tipo dupla ação, o movimento deste por sua vez é feito através da entrada do fluido em qualquer uma das tomadas a uma determinada vazão e pressão, seu símbolo pode ser visto na figura abaixo.

Figura 2 - Símbolo do Cilindro de Dupla Ação

As peças essenciais de um cilindro são, um tubo, um pistão, uma haste, tampas e retentores adequados. Os tubos geralmente são de aço sem costura com acabamento bem retificado na parede interna. O pistão, de ferro fundido ou de aço, incorpora retentores para evitar vazamento entre este e a parede do tubo.

A capacidade do cilindro é determinada segundo seu tamanho e sua resistência a pressão. A maioria tem uma haste padrão, porém hastes pesadas e extra pesadas são disponíveis. O tamanho do cilindro é definido pelo diâmetro do pistão e pelo curso da haste. A velocidade do cilindro, a força e pressão necessária para uma dada carga, dependem da área do pistão utilizado. No movimento de retorno a área da haste tem que ser levada em conta.

3.2As Formulas para cálculos:

Velocidade do cilindro:

Fluxo necessário para uma dada velocidade: =

Força para uma dada pressão: =

3.3Bombas

A bomba é responsável pela geração de vazão dentro de um sistema hidráulico, sendo portanto também responsável pelo acionamento dos atuadores. Observamos então, que as bombas hidráulicas são utilizadas para converter energia mecânica em energia hidráulica.

Existem dois tipos de bomba:

  • Bombas de deslocamento não – positivo

  • Bombas de deslocamento positivo

Este projeto demanda a utilização de uma bomba de deslocamento positivo, porque estas permitem a transmissão de potência em circuitos óleo – hidráulico, apresentam também uma capacidade máxima de pressão a que pode resistir a vazão nominal, a partir de uma determinada rotação e potência fornecidas.

As bombas de deslocamento positivo são denominadas também bombas hidrostáticas. Uma vedação mecânica, denominada selo mecânico, separa a entrada e saída da bomba, e o volume de fluido succionado é transferido para o lado de saída e então, fornecido para o sistema. A sucessão de pequenos volumes de fluido transferidos dessa forma, proporciona uma vazão uniforme, independente do aumento de pressão no sistema, possibilitando assim, uma quantidade de fluido positiva que é transferida ao mesmo sistema por unidade de revolução ou curso. Naturalmente, a vazão poderá ser mais ou menos uniforme, de acordo com a característica construtiva da bomba.

O rendimento volumétrico de uma bomba é dado pela seguinte relação:

O maior ou menor rendimento volumétrico é função de vários fatores envolvidos na fabricação e utilização de uma bomba. O projeto da bomba, tipo, cuidados na aplicação, etc., têm grande influência no seu valor alto ou baixo.

3.3.1 Tipos de Bombas

  • Manuais

  • Engrenagens

  • Parafusos

  • Palhetas

  • Pistões Radiais

  • Pistões Axiais

Neste sistema hidráulico optou-se pela utilização de uma bomba do tipo Pistões Axiais, devido à pressão elevada que podem operar ( pressão máxima de 700bar). Possuem também, um alto rendimento volumétrico, cerca de 95%. Construtivamente, a bomba trabalha com um conjunto de pistões paralelamente ao eixo. Um bloco contendo os pistões gira internamente a carcaça, e os mesmos são pressionados por ressaltos em forma de came em uma placa fixa, denominada prato. A partir desse movimento de rotação é transmitido um movimento retilíneo aos pistões, que succionam o fluido no sentido ascendente e descarregam no sentido descendente.

3.4 Motor Elétrico

Uma bomba hidráulica normalmente é acionada por um motor elétrico, devido à uniformidade de rotação mesmo com cargas variáveis.

De acordo com sua construção, pode-se ter motores de diferentes rotações nominais. Um motor de construção baseada em dois pólos tem uma rotação nominal de 3600rpm, um motor de quatro pólos tem uma rotação nominal de 1800 rpm e um motor construído com seis pólos tem sua rotação nominal 1200rpm. Quando atuando em regimes de carga elevada, as rotações caem, pois o motor necessita ter um escorregamento, ou seja, uma diferença entre a velocidade do campo girante do estator (velocidade síncrona) e a velocidade do rotor. O torque produzido no eixo é diretamente proporcional ao valor do escorregamento. A velocidade do motor elétrico deve ser dimensionada a partir das velocidades mínima, ideal e máxima, que constam do catálogo da bomba hidráulica.

Os fabricantes de equipamentos hidráulicos, além de indicarem em seus catálogos as rotações máximas, mínimas e ideais que a bomba pode trabalhar, costumam, também, fornecer uma tabela de potência do motor elétrico, de acordo com a vazão e pressão máxima de trabalho. O cálculo da potência necessária pode ser feito da seguinte maneira:

3.5TUBULAÇÃO

A tubulação é a parte responsável pelo transporte do fluido hidráulico, sem que haja perda de pressão, ou perca de fluido. Interliga os componentes como bomba hidráulica, filtros, válvulas, cilindros, reservatório e reguladores de vazão. Os sistemas hidráulicos utilizam principalmente 3 tipos de condutores:

  • Tubo de aço

  • Mangueiras flexíveis

Nos sistemas hidráulicos recomenda-se o uso de canos de aço sem costura, com seu interior livre de ferrugem, escama ou sujeira.

3.5.1.1Dimensionamento da Tubulação

A tubulação e as conexões são classificadas pelo diâmetro nominal e a espessura da parede. Existem diversas espessuras de parede para tubos e conexões:

  • Padrão

  • Extra pesada

  • Extra pesada dupla

Entretanto, como o diâmetro externo não se modifica. Para aumentar a espessura da parede, foi modificado o diâmetro interno. Portanto a bitola nominal indica apenas a bitola da rosca para conexões.

3.5.1.2Vedações

Podem ser feitas com vedações líquidas com cura lenta, ou ainda com o auxilio de fitas de vedação.

3.5.1.3Conexões

Os diversos componentes do sistema, bem como as tubulações devem ser acoplados por meio de conexões fixas, ou articuladas.

3.5.2Tubulação

Uma tubulação feita com tubos de aço sem costura, oferece vantagens sobre uma instalação feita com canos padrão ou extra - pesados. Os tubos de aço sem costura, podem ser dobrados em qualquer forma, são mais fáceis de trabalhar e podem ser montados e desmontados frequentemente sem problemas de vedação. Normalmente, a quantidade de conexões é reduzida. Nos sistemas de baixo volume, agüentam pressões mais elevadas bem como conduzem o fluxo em menos espaço e peso. Entretanto, são mais caros, assim como as conexões que os acompanham.

A especificação para tubos de aço sem costura refere-se ap diâmetro externo. As medidas disponíveis são mostradas em incrementos de 1/16”, de 1/8” até 1” de diâmetro externo e em incrementos de ¼”, para diâmetros maiores que 1”. Várias espessuras de parede são disponíveis para cada tamanho. O diâmetro interno é igual ao diâmetro externo menos duas vezes a espessura da parede.

3.5.2.1Conexões para tubos

Os tubos não são vedados por roscas e sim por conexões de diversos tipos. Algumas destas conexões vedam pelo contato de metal com metal e são conhecidas como conexões de compressão. Podem utilizar tubos com ponta bizelada ou não. Outras usam anéis tipo Oring ou então retentores. Além das conexões roscadas, as flanges são também usadas para serem soldadas aos tubos de dimensões maiores.

3.5.2.2Mangueiras Flexíveis

Mangueiras flexíveis são recomendadas quando as linhas hidráulicas são sujeitas a movimento, ou vibração. Elas são fabricadas em camadas de borrachas sintética e trançados têxteis ou em fios de aço. Os modelos com trançados em fios de aço naturalmente permitem pressões mais elevadas. A camada interna da mangueira deve ser resistente ao fluido usado.

3.6 Válvulas de Controle Direcional

São válvulas utilizadas para controlar a direção e sentido do fluxo do fluido. Através desse controle, pode-se obter movimentos desejados dos atuadores (cilindro, motores e osciladores hidráulicos, etc.), de tal forma que, seja possível se efetuar o trabalho exigido.

As válvulas direcionais são de três tipos básicos diferentes:

  • Válvulas direcionais do tipo pistão ou esfera

  • Válvulas direcionais do tipo carretel deslizante

  • Válvula direcionais do tipo carretel rotativo

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