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Thesis - Técnico Lisboa

1. E i O mH li PADS WAC cc es A I iii A uu A a A iii Lista c c H vii Lista de Eie EMT T EUER IX MI We 510 6 ee cH X Stade SIND OOS otia eios dire co ME diac o a Me X teiras gregas X CUtrossImibOoloS dried deat Mte pce TU X eee mot PL M IN xii Froana E A xii 1 Mem ria Descritiva e 9 1 leke NOIVA C REED 1 1 2 Descri o do Ensaio Realizado Actualmente 2 1 3 Especifica es do Projecto do Banco de Ensaios do Conjunto Travessa de Cargar Travessa DAN ANIO A 3 1 3 T Requisitos do PIO CCIO correr 3 1 3 2 Constrangimentos do 5 1 4 Normas C digos 99 5 1 4 1 Euroc digo Projecto de Estruturas de 6 Parte 1 1 Regras Gerais e Regras para Edif cios 2 6 1 4 1 1 Objectivo e campo de 6 1 4 1 2 Material A o
2. 18 Ose uuu Aia 20 1 6 25 1 Cadela de Acacia 20 1 625 2 Cadela de Medida asas iia 21 16 23 23 Descri o do PregraliR u u uuu e Adel oad dide 22 1 7 Montagem e fabrico da estrutura de 23 1 0 Estimativa de CUSO Srei ead See else a 26 2 Notas de Ce cee a del 31 Melle cT 31 2 2 Estrutura de Suporte do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante 31 2 21 aeracao de Conceit is 31 2 2 2 M todo Utilizado na An lise 33 2 2 9 Propriedades do Matera guiada 33 2 2 4 C lculo Estrutural pelo Euroc digo 3 34 2 2 4 1 Simplifica o e Carregamentos 34 224 2 A CUS NZ AC OS ust a aa RR 35 2 2 4 3 Resist ncia dos Elementos 0042200000000000 esee 36 2 244 ACES O AS ae 44 2 24 5 LIGA ES COM PArATUSOS a rais 53 2 2 5 An lise estrutural pelo M todo dos Elementos Finitos 55 2 2 5 1 M todo de Elementos Finitos
3. 48 Detalhe do 60 3066 P 49 Detalhe da liga o do componente b aos componentes a e d 50 Detalhe da liga o do componente com d caso 1 50 Detalhe da liga o do componente com d caso 2 51 Detalhe da liga o das chapas de fixar os apoios aos componente b 51 Tensoes Na lga AO aia add 52 Soldadura descont nua NO apoio aa 52 Esquema da fura o da liga o por 53 Perfil UPN 80 gerado pelo 5 56 Perfil L 30x30x4 gerado pelo 5 5 56 Perfil da placa dos apoios gerado pelo ANSYS 57 Estrutura em elementos finitos com for as e constrangimentos aplicados 58 Distribui o de tens es com a for a 0 3P 58 Distribui o de tens es com a for a 0 3P longitudinal 59 Campo de deslocamentos com a for a 0 3P Transversal 60 Campo de deslocamentos com a for a 0 3P 60 Distribui o de tens
4. 55 2 2 5 2 Modelo de Elementos de Viga 55 2 2 5 3 Condi es de Fronteira e Carregamentos Ultilizados 57 2 2 94 Campo de TENS OES 58 2 2 5 5 Campo de 59 2 250 Evitar Queda ater assina a 61 2 3 Consola MOVE it lie dado ltda 61 2 31 Circuito FIArAUNCO ate len ceda nd 61 2 3 2 Circuito 64 3 Conclus es Desenvolvimentos 70 4 Bil TO 71 5 ANEXOS atrasado pham 72 Anexo Catalogo de Perfis UPN Grupo 72 Anexo B Cat logo de Cantoneiras Grupo Ferpinta 73 Anexo C Catalogo de Perfis Circulares Grupo Ferpinta 74 vi Anexo DS APD le us L ada sandra An lise de Tens es e Deslocamentos Verifica o da estrutura inclinada a 45 Anexo E Desenhos T cnicos da Estrutura de Suporte Lista de Figuras Figura 1 1 Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante no suporte existente 1 Figura 1 2 Estrutura de suporte exi
5. para parafusos de extremidade a m 0 i 1 para parafusos interiores a 0 perpendicularmente direc o de transmiss o dos esfor os para parafusos de extremidade k o menor dos valores 248052 1 97 qupd d 95 do do para parafusos interiores k o menor dos valores 1 422 1 7 e 2 5 do 1 25 Resist ncia escorregamento Frese R esc Em que e distancia entre o centro do furo e a extremidade adjacente medida na direc o do esfor o e distancia entre o centro do furo e o bordo adjacente medida na direc o perpendicular a do esfor o pi dist ncia entre dois furos de uma fiada medida na direc o do esfor o p gt distancia entre duas fiadas adjacentes medida na direc o perpendicular do esfor o do di metro do furo passante de um parafuso A area resistente de um parafuso na parte roscada k par metro cujos valores s o obtidos na tabela 1 3 n n mero de planos de atrito coeficiente de atrito cujos valores s o obtidos na tabela 1 4 1 25 Na tabela 1 3 s o apresentados os valores de e na tabela 1 4 s o apresentados os coeficientes de atrito u Descri o Parafusos em furos normalizados Parafusos em furos sobredimensionados ou em furos ovalizados curtos com o 0 85 eixo maior perpendicular direc o de transmiss o de esfor os de transmiss o
6. 12 MAS Figura 2 40 Circuito hidr ulico Este circuito consiste num grupo de pot ncia e num conjunto de v lvulas de comando el ctrico O grupo de pot ncia possui um reservat rio de 40 litros ao qual acoplado um motor el ctrico 4 e uma bomba hidr ulica 5 sa da da bomba colocado um filtro de press o 7 para garantir a qualidade do leo que vai circular nas v lvulas e no circuito hidr ulico do bogie por forma a evitar a contaminac o do circuito do bogie e posteriormente do comboio Ainda no grupo de pot ncia colocado um man metro de press o 8 uma v lvula reguladora de press o e seguran a 9 e um filtro de retorno para filtrar todo o leo que retorna ao reservat rio 62 O conjunto de v lvulas possui uma v lvula direccional 12 para inclinar a travessa de carga para um lado ou para o outro tem uma v lvula reguladora de caudal 10 e uma v lvula de solen ide 11 em paralelo para controlar a velocidade de inclina o com a v lvula de solen ide em posi o normal aberta o leo passa livremente provocando um avan o r pido com a v lvula solen ide actuada fechada o leo tem de passar pela v lvula reguladora de caudal provocando um avan o lento e tem ainda uma v lvula de reten o pilotada 13 para garantir a estanquicidade do circuito e o posicionamento dos cilindros uma vez que a v lvula direccional mesmo fechada n o garante Para saber qual a pot ncia do motor el
7. 23 Figura 1 18 Montagem do Cavalete 3 Soldar uma cantoneira aos 2 cavaletes por forma a garantir o posicionamento relativo dos furos durante o fabrico da estrutura como ilustra a figura 1 19 Figura 1 19 Posicionamento relativo dos dois cavaletes 4 De seguida soldam se as pe as n mero 4 para ligar os 2 cavaletes garantindo a posi o relativa entre entres como ilustra a figura 1 20 Figura 1 20 Montagem das vigas longitudinais da base 5 Estando os 2 cavaletes ligados um ao outro e na devida posi o relativa acaba se de formar a base soldando as pe as n mero 1 como mostra a figura 1 21 24 Figura 1 21 Montagem das vigas transversais da base 6 Conclu dos os cavaletes e a base soldam se todas as cantoneiras de refor o pe as numeros 3 5 6 7 e 8 dando origem a uma estrutura conforme a da figura 1 22 Figura 1 22 Montagem dos elementos de cantoneiras 7 Para finalizar retira se cantoneira adicionada no passo 3 procede se a uma limpeza e desengorduramento da estrutura aplica se prim rio pinta se com tinta de acabamento e montam se os 2 olhais e os 4 apoios nas respectivas posi es dando origem estrutura final ilustrada na figura 1 23 25 ar Figura 1 23 Montagem Final com detalhe do olhal 1 8 Estimativa de Custos O fabrico deste banco de ensaios tem custos associados ao fabrico da estrutura de suporte a aquisi o do carro m vel montagem d
8. Q x 60 x 60 6 48 L min Com estes resultados ja se pode calcular a pot ncia do motor necessaria _ pQ _ 6 7x6 48 0 072 kW 600 600 Assumindo um rendimento volum trico de 95 e como a rota o de um motor el ctrico de 1500 rpm a cilindrada da bomba ser de Q 648 0 0045 dm 4 5 cm n Ny 1500x0 95 Vi Consultado um cat logo de um fornecedor de componentes hidr ulicos CUDELL verifica se que a bomba com a cilindrada mais pr xima de 4 19 cm com um caudal de 6 45 L min e motor el ctrico de menor pot ncia de 0 5kW Assim refazendo os c lculos com um motor com 0 5 kW de pot ncia e com uma bomba com 4 19 cm de cilindrada e 6 45 L min de caudal fica 600 P 600x0 5 46 5 bar Q 6 45 F p A 46 5 x 38 5 1790 25 Kg f t x60 21 60 55 0 6 45 Como resultado final obt m se um grupo de pot ncia sobredimensionado com um motor de 500 W e uma bomba de 4 19 cm que atinge uma press o de 46 5 bar e uma for a no mbolo de 1790 25 Kg f muito superior aos 259 Kg f necessarios 2 3 2 Circuito Electronico O circuito electr nico deste banco de ensaios possui uma cadeia de actua o e uma cadeia de medida como j foi descrito na sec o 1 6 2 3 A cadeia de actua o est descrita na sec o 1 6 2 3 1 e n o h c lculos a realizar Para fazer a medi o dos ngulos s o usados sensores do tipo inclin metros que s o sensores que medem o n
9. compress o tem de se verificar a carga cr tica de instabilidade 2 2 EI 210000 18000 pele aan L2 11092 Factor de seguran a de instabilidade n 11 5 Verifica se que as barras nunca instabilizam pois Fc lt e Componente b ou 4 ver figura 2 3 Este componente tratado como uma viga com o perfil UPN 80 que suporta o esfor o axial P e o esfor o 0 3P na direc o longitudinal Est simplesmente apoiada nos pontos G K O ponto o n de liga o do componente b com o componente e 36 Figura 2 8 Diagrama de esfor os do elemento b C lculo de reac es nos apoios pelas equa es de equil brio est tico 0 lt P Ne 0 0 0 3P Ve Ryg 0 YM 0 03P 1000 Ve x 700 20 Ne Ve Fecos 45 Resolvendo o sistema de 4 equa es tem se Ve Ne 1631 N 5436 Rug 488 5 N Atrav s do diagrama de esfor os verifica se que o ponto cr tico o K V 1141 5 M 342450 N mm N 5436 C lculo da tens o devida ao momento flector _ My _ 342450x40 Oy ly 106 108 12 9 MPa C lculo da tens o devida ao esfor o axial N 5436 On 4 9 N N A 1100 125 gt 10 n o necess rio ter em conta as tens es de Como a viga esbelta corte provocadas pelo esfor o transverso Assim a tens o equivalente de von Mises vale Oym o
10. NOPR PMETH OFF 0 KEYW PR SET 1 KEYW PR STRUC 1 KEYW PR THERM O KEYW PR FLUID O KEYW PR 0 KEYW MAGNOD 0 KEYW MAGEDG 0 KEYW MAGHFE 0 KEYW MAGELC O KEYW PR MULTI O KEYW PR CFD O GO PREP7 Insere os Keypoints K 0 0 1112 K 760 0 1112 K 1240 0 1112 K 2000 0 1112 K 760 780 1112 K 760 1000 1112 K 1240 780 1112 K 1240 1000 1112 K 760 0 332 K 1240 0 332 K 0 0 1112 K 760 0 1112 K 1240 0 1112 K 2000 0 1112 K 760 780 1112 K 760 1000 1112 K 1240 780 1112 K 1240 1000 1112 K 760 0 332 K 1240 0 332 IInsere as Linhas L 2 1 L 3 2 L 4 3 L 2 9 L 9 19 L 19 12 L 13 20 L 20 10 L 10 3 Indica que se trata de um problema estrutural 75 L 11 12 L 12 13 L 13 14 L 5 2 L 6 5 L 7 8 L 3 7 L 8 6 L 15 12 L 16 15 L 18 16 L 17 18 L 13 17 L 2 8 L 3 6 1 1 6 L 4 8 L 5 9 L 7 10 L 12 18 L 13 16 L 11 16 L 14 18 L 15 19 L 17 20 Define o elemento a usar ET 1 BEAM188 Define as Propriedades do material Aco MPTEMP MPTEMP 1 0 MPDATA EX 1 210000 Atribui Modulo de Young 210000 MPa MPDATA PRXY 1 0 3 Atribui coeficiente de Poisson 0 3 Define as seccoes SECTYPE 1 BEAM CHAN UPN80x45 0 SECOFFSET CENT SECDATA 45 45 80 6 6 6 0 0 0 0 SECTYPE 2 BEAM L Cantoneira30x30x4 0 SECOFFSET CENT SECDATA 30 30 4 4 0 0 0 0 0 0 SECTYPE 3 BEAM RECT Placa Apoio 0 SECOFFSET CENT SECDATA
11. 0 3 Consultando o cat logo de produtos da empresa FERPINTA Ind Tubo Aco de F P T S A verifica se que todos os perfis podem ser fabricados partir do a o S235JR segundo a norma 10025 2 Assim sendo consultando a tabela 1 1 obt m se as seguintes propriedades para material Norma Espessura nominal 1 do componente da sec o mm e 40 mm lt t lt 80 mm classe do aco oy MPa MPa MPa MPa EN 10025 2 o 235 235 360 215 360 Tabela 2 2 Propriedades do a utilizar 5235 EN10025 2 33 2 2 4 Calculo Estrutural pelo Eurocodigo 3 2 2 4 1 Simplifica o Carregamentos Uma vez que estrutura 6 hiper estatica no calculo estrutural sao feitas algumas simplifica es e estrutura tratada como uma treli a em que nos n s n o h momentos de reac o e Os componentes de perfil UPN colunas e base s o tratados como vigas e Os componentes de perfil cantoneira refor os de rigidez s o tratados como barras Em termos de carregamentos a estrutura em condi es normais de utiliza o apenas suporta uma for a vertical do peso do conjunto das travessas Em caso de acidente ou de sismo considera se para al m da for a vertical do peso das travessas uma for a lateral igual a 30 do peso do conjunto das travessas que pode actuar em qualquer direc o horizontal apenas devida ao atrito que existe entre a base da estrutura e o ch o Na imagem seguinte apresenta s
12. 285 4 N Resist ncia ao esmagamento NER ky ap oydt _ 25 360 12 6 51840 gt 285 4 N YM2 a o menor dos valores 1 0 1 57 5 37 d 3x14 o 2 22 Ou 360 menor dos valores 25 Dois do 14 1 422 ie 145 12535 0 e Resist ncia ao escorregamento ks 1x1x0 3 Esse X 42728 10254 72 gt 285 4 N 1 tabela 1 3 n 1 u 0 3 tabela 1 4 Fc 07 Sup A 0 7 x 800 x 76 3 42728 Parafuso M12 54 76 3 mm 54 e Resist ncia da sec o util que intercepta os furos dos parafusos Ng 2 HT 276360 N gt 1141 5 N YMo 1 A o menor dos valores 255 2 x 14 x 6 1362 mm 210 14 1176 mm 2 2 5 Analise estrutural pelo Metodo dos Elementos Finitos 2 2 5 1 Metodo de Elementos Finitos No ambito da engenharia de estruturas o M todo dos Elementos Finitos permite a determina o de estados de tens o e de deforma o de estruturas de geometria complexa sujeitos a ac es exteriores onde a utiliza o dos m todos anal ticos moroso ou mesmo imposs vel Neste projecto recorreu se ao software de elementos finitos ANSYS 2 2 5 2 Modelo de Elementos de Viga Timoshenko O elemento finito usado na an lise estrutural o Beam188 Este elemento tem por base a teoria de vigas de Timoshenko tem 6 graus de liberdade em cada n rota o e transla o segun
13. Pior caso 2 05 45 0 3 5 cos 45 6 98 MPa lt lt 169 2 MPa A a l4 m i pe Eb cos 45 0 3 we cos 45 12 96 MPa 6 2 3 1 2 23 5 MPa lt 221 18 MPa Figura 2 28 Tens es na liga o e Caso 2 g 2 996 MPa lt 169 2 MPa ltot 4 22 MPa ltot J 20 7 3 T Ty 26 5 221 18 MPa e Soldadura no Apoio No fabrico do apoio s o feitos cord es interrompidos conforme ilustra a figura 2 29 p Figura 2 29 Soldadura descontinua no apoio Segundo o Euroc digo 3 parte 1 8 numa soldadura de ngulo descont nua os afastamentos entre as extremidades de cada cord o L e o comprimento de cada cord o Ly dever o satisfazer as seguintes condi es e Ly gt menor dos valores 0 75 b 0 75 b e I lt menor dos valores 16 t 16 t 200 Daqui resulta que Ly gt 0 75 x 80 60 mm L lt 16 x 6 96 mm Como o comprimento total de soldadura de z x 244 5 768 mm dividindo por 8 obtemos 96 mm Assim pode se afirmar que Ly L 96 mm resultando em 4 cord es 52 Para verificar resist ncia dos cord es consideram se apenas 2 cord es opostos para simplificar a an lise Tamb m aqui h dois casos diferentes A for a P provoca tens es segundo as componentes o enquanto que a for a 0 3P ou provoca tens es segundo a componente ou segundo as componentes o a 3mm e Caso 1 ET 4
14. como o tempo de setup do ensaio bastante elevado onde t m de ser 2 operadores a colocar alinhar aparafusar o conjunto de travessas estrutura de suporte e o facto de n o garantir que evita Capotamento em caso de acidente ou sismo pondo em risco a seguran a dos operadores Assim pensou se em fabricar uma nova estrutura que n o possua estas desvantagens Para reduzir o tempo de setup pensou se em utilizar os apoios das molas da suspens o secund ria ver figura 2 2 para apoiar o conjunto de travessas na estrutura de suporte em que apenas um operador com um dispositivo de eleva o de cargas consegue elevar o conjunto de travessas e apoi lo na estrutura num curto espa o de tempo O primeiro conceito desenvolvido para a estrutura est ilustrado na figura 2 1 Figura 2 1 Primeiro conceito da estrutura de suporte 31 s Dame unde 142 Figura 2 2 Detalhe da suspensao secundaria a Detalhe das molas da suspensao secundaria b Apoio das molas da suspensao secundaria Esta estrutura foi feita com os mesmos perfis da estrutura ja existente na EMEF No entanto apesar de robusta era muito pesada era feita de perfis fechados que aumentaria seu custo de produ o Tamb m n o garantia que evitava capotamento em caso de acidente ou sismo Por fim pegando na mesma ideia mas com perfis abertos U e cantoneira e com uma base mais larga cheg mos estrutura final
15. deve ser de 2000 mm O peso total da estrutura com o conjunto de travessas de 1733 Kg Peso Kg 1553 Estrutura de suporte Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante Total Tabela 2 6 Peso total da estrutura com conjunto de travessas Figura 2 12 Estrutura inclinada a 45 41 oem o componente f componente a que suporta todo o esfor o nesta situa o Neste caso os cavaletes comportam se como corpos r gidos impondo em B um momento flector um esfor o transverso e um esfor o axial como mostra a figura 2 13 Cada cavalete suporta metade do peso p P 866 5 Kg 866 5 x 9 8 8491 7 N Resultando nos seguintes esfor os M P x cos 44 6 x 985 P x sin 44 6 x 240 4 52 x 10 N mm V x sin 44 6 5941 Figura 2 13 DCL do elemento a x cos 44 6 6067 C lculo de tens es devidas ao momento flector _ My 452x109x40 Om 170 6 MPa 1 06 10 C lculo de tens es devidas ao esfor o axial N 6067 A 1100 1 760 o Como a viga praticamente esbelta 5 9 5 10 nao necessario ter conta as tens es de corte provocadas pelo esfor o transverso Assim a tens o equivalente de von Mises vale y Oy Oy 176 1 MPa Com um coeficiente de seguran a n 220 235 1 33 176 1 Como este coeficiente de 1 33 baixo introduzido
16. es para actua o manual Depois do conceito gerado chegou se conclus o que era de todo vantajoso adquirir uma mesa m vel existente no mercado uma vez que menos dispendioso que fabricar 2 Projecto do circuito hidr ulico Uma das etapas mais importantes deste trabalho foi o projecto do circuito hidr ulico Foi estimado o valor da for a requerida para inclinar a Travessa de carga em rela o Travessa Dan ante para que juntamente com o tempo de inclina o fossem calculados os valores da press o e caudal de leo requeridos para se poder escolher uma bomba e um motor que garantissem a for a exigida pelos cilindros Foi consultado um fornecedor de componentes de hidr ulica Cudell Engenharia amp Servi os para identificar todas as v lvulas filtros e outros componentes do circuito hidr ulico por forma a fazer se uma lista de compras e uma estimativa de custos relativos montagem do circuito hidr ulico 3 Circuito Electr nico Outra etapa importante foi o projecto do circuito electr nico do banco de ensaios a cadeia de medida e a cadeia de actua o controladas por um computador atrav s de um software gerado em LabVIEW Foram consultados diversos cat logos de fornecedores de material electr nico RS Components Legrand e MRA Instrumenta o para se identificarem os componentes a adquirir nomeadamente os sensores adequados a utilizar para se medir os ngulos requeridos Foram projectadas as cadeias de m
17. ulico V Volume n Frequ ncia angular Pressao Lista de Programas ANSYS 11 Solidworks 2010 LabVIEW 20107 1 Memoria Descritiva Justificativa 1 1 Motivacao Nesta memoria descritiva apresenta se o trabalho a desenvolver a metodologia seguida analisa se a exequibilidade conclui se com uma estimativa de custos de fabrico O banco de ensaio do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante vem refor ar equipamento necess rio Empresa de manuten o de Equipamento Ferrovi rio EMEF para garantir a qualidade dos servi os prestados na manuten o de comboios uma vez que EMEF possui um Sistema de Gest o da Qualidade certificado desde o ano 2000 actualmente conforme a norma NP EN ISO 9001 2008 cobrindo todo o seu dom nio de actividade em todas as suas oficinas Neste caso este equipamento serve para ensaiar o Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante do comboio de pendula o activa CP 4000 propriedade da empresa CP Comboios de Portugal E P E Actualmente a realiza o deste ensaio procede se de um modo n o programado n o havendo um procedimento t cnico a seguir podendo demorar algumas horas a realizar utilizado um suporte constru do pela empresa para suportar o Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante um monta cargas para inclinar a travessa de carga 8 em rela o travessa dan ante dispositivos de fixa o para tentarem garantir os 8 de inclina o e u
18. 260 10 0 0 0 0 0 0 0 0 Atribuicao dos perfis UPN as linhas correspondentes FLST 5 6 4 0RDE 4 FITEM 5 1 FITEM 5 3 FITEM 5 7 FITEM 5 9 CM Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE 76 CMSEL S Y CMSEL S Y1 1 1 7 1 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 FLST 5 6 4 ORDE 4 FITEM 5 4 FITEM 5 6 FITEM 5 10 5 12 CM Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S 1 LATT 1 1 15 1 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 FLST 5 8 4 ORDE 6 FITEM 5 13 FITEM 5 16 FITEM 5 18 FITEM 5 19 FITEM 5 21 FITEM 5 22 Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S 1 LATT 1 1 1 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 Atribuicao dos perfis L as linhas correspondentes FLST 5 12 4 ORDE 4 FITEM 5 23 FITEM 5 28 FITEM 5 29 FITEM 5 34 CM _Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S _Y1 1 1 2 CMSEL S Y 77 CMDELE Y CMDELE Y1 Atribuicao das Placas dos Apoios as linhas correspondentes FLST 5 1 4 ORDE 1 FITEM 5 17 CM _Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S Y1 LATT 1 1 2 3 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 FLST 5 1 4 ORDE 1 FITEM 5 20 CM Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S Y1 LATT 1 1 12 3 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE 1 Faz a malha LESIZE ALL 100 1 1 Comprimento do elemento 100 mm LMESH ALL Aplica as Condicoes de F
19. 6 1 4 1 3 C lculo de tens es nas sec es transversais 6 1 4 2 Euroc digo 3 Projecto de Estruturas de Ac o 7 Parte 1 5 Projecto de LIGA ES assa Dea ir usua esa ite te ees 7 1 4 2 1 Liga es com paralusos 1 4 2 1 T Generalidades dae 7 1 4 2 1 2 C lculo da resist ncia individual dos parafusos 7 1 42 2 L986065S SoOldadas iiie tede e 9 142 21 Generalidades di ee rec hi dE 9 1 4 2 2 2 C lculo da resist ncia de um cord o de ngulo 11 1 5 e e c iuda a rete usus ius 12 1 5 1 Projecto da estrutura de suporte do conjunto Travessa de Carga Travessa Dancante E E EE 12 1 5 2 Prolecto daxcorisola MOVE uu ente tat 13 1 1 6 oollicao ERGO AE 14 1 6 1 Descri o da estrutura de suporte do conjunto Travessa de Carga Travessa DANCAN T c 14 1 6 2 Consola 16 AA Caro MOVE CLE 16 1 6 2 2 Circuito hidr ulico
20. 9 4 X ima X o E Figura 2 3 Conceito final da estrutura de suporte Na tabela 2 1 est a legenda da figura 2 3 32 Travessa transversal da base Cantoneira de reforco para evitar a queda lateral Placa de fixar os apoios Cantoneira de refor o da rigidez transversal Cantoneira de refor o da rigidez longitudinal Travessa longitudinal da base Tabela 2 1 Legenda da figura 2 3 Esta estrutura j mais leve e evita o capotamento em caso de acidente 2 2 2 M todo Utilizado na An lise Estrutural Na an lise estrutural da estrutura usado o m todo proposto pelo Euroc digo 3 simplificando a estrutura considerando que todos os componentes com perfil de cantoneira s o barras e que os componentes de perfil UPN s o vigas simplesmente apoiadas Em rela o resist ncia dos v rios elementos verifica se a resist ncia do perfil UPN mais pequeno do mercado UPN 80 determina se qual a cantoneira a utilizar com espessura t gt 4 mm verifica se a resist ncia dos apoios e verificam se as liga es soldadas e liga es com parafusos Para garantir a fiabilidade dos resultados obtidos com as simplifica es usa se um M todo Num rico M todo dos Elementos Finitos para comparar resultados 2 2 3 Propriedades do Material Para o a o estrutural o Euroc digo 3 define as seguintes propriedades do material e M dulo de Elasticidade E 210 GPa e Coeficiente de Poisson em regime el stico
21. P E pelo presente estudo Sa do todos os meus colegas e amigos do Instituto Superior T cnico Este trabalho dedicado minha namorada Andreia qual agrade o toda a sua ajuda e apoio incondicional Um agradecimento muito especial aos meus pais minha irm e aos meus sogros aos quais agrade o toda a ajuda apoio e incentivo ao longo de todo o meu percurso escolar Resumo Esta tese apresenta projecto de um banco de ensaios para Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante do comboio de pendula o activa CP 4000 da empresa CP Comboios de Portugal E P E Este banco de ensaios servir para observar medir ngulo de inclina o da travessa de carga em rela o travessa dan ante e os ngulos das posi es relativas das bielas de liga o Travessa de Carga Travessa Dan ante Os principais objectivos deste projecto s o 1 Fazer o projecto do banco de ensaios com base em normas c digos de projecto 2 Implementar procedimentos metodologia para a observa o medi o dos ngulos das posi es relativas das travessas e das bielas 3 Analisar os custos de fabrico Este trabalho tem como ponto de partida a necessidade de adquirir um banco de ensaios que substitua o actual m todo manual e moroso que a empresa EMEF S A usa atrav s de uma m quina laser de medi o de coordenadas O banco de ensaios composto por uma estrutura de suporte do conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante e por uma consol
22. circuitos impressos e da assemblagem dos v rios componentes bem como da realizac o de testes e calibragem do equipamento 28 pons Placa de Aquisi o de dados National 6 Sensor Inclin metro Columbia SI7O1AIHPC 1568 25 1 Transformador 230V 24V 71 RS105929 7330 Transformador 230V 15V R 105869 714576 Transformador 2 1 15V 75 1 3 AMPOP 02520 388 Instruments 6 Resist ncia 625 Q j SS os 36 Resistencia o c 0 Emerg ncia 1 1 Computador Port til 40006 10 498 17 6 Tabela 1 11 Estimativa de custos do fabrico do circuito hidraulico A estimativa do custo total de fabrico ent o Custo Total 14 504 74 Tabela 1 12 Estimativa de custos do fabrico do banco de ensaios 29 30 2 Notas de Calculo 2 1 Introducao Neste capitulo sao apresentadas todas as notas de calculo realizadas durante a fase de projecto do banco de ensaios Primeiro apresenta se todo o projecto da estrutura de suporte pelo m todo proposto no Eurocodigo 3 e pelo M todo dos Elementos Finitos depois apresentam se os c lculos do projecto do circuito hidr ulico e do circuito electr nico 2 2 Estrutura de Suporte do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante 2 2 1 Gera o de Conceito A actual estrutura de suporte existente na EMEF apresenta desvantagens significativas
23. cos 22 5 3 7 mm l 26 mm __ Fgcos 22 5 _ 880 cos 22 5 _ g GEM LIUM 8 45 MPa lt 169 2 MPa 26 3 7 i sin 22 5 880xsin 22 5 35 MPa 26X3 7 F 3 Jo 2 31 V8 452 3 x 3 52 10 4 MPa lt 221 18 MPa Figura 2 21 Detalhe do cord o 3 Os cord es 1 e 2 apenas t m a componente Atrav s da condi o da distribui o uniforme de tens es calcula se lL e l a a 4 x cos 45 2 83 mm 2 m gt 3 10 4 MPa gt l 41mm al 2 Eu 2 104 MPa gt L 43 l5 alz e Liga o do componente f com b Tu O componente e ligado ao componente b atrav s de 3 cord es de soldadura como mostra a figura 2 21 O comprimento dos 3 cord es calculado por forma a eliminar os momentos parasitas Figura 2 22 Detalhe da ligac o do componente f com b 48 Os valores das for as F F s o obtidos atrav s das equa es de equil brio est tico Fy 7477 N gt F 0 F F F F F 2233 N gt My 30 F 8 96 Ff jF 2391 N 4 F F 17F 896Fg 3 2853 N Neste caso o cord o limitativo o cord o 1 Os cord es 1 e 2 apenas t m a componente 4 x cos 45 2 83 mm L 33 3 3 y 41 4 MPa lt 221 18 MPa 2 83X33 Atrav s da condi o da distribui o uniforme de tens es calculamos l 15 2 q gt
24. de esfor os transmiss o de esfor os transmiss o de esfor os Tabela 1 3 Valores de ks Classe das superf cies de atrito s EN 1090 2 Requirements for the execution of steel structures Coeficiente de atrito Tabela 1 4 Coeficientes de atrito Resist ncia da util que intercepta os furos dos parafusos 2 8 YMo 1 0 A area da sec o util que intercepta os furos dos parafusos 1 4 2 2 Liga es soldadas 1 4 2 2 1 Generalidades Toda a metodologia indicada na NP EN 1993 1 8 sobre liga es soldadas aplica se a a os de constru o sold veis que respeitem a Norma EN 1993 1 1 e que tenham espessuras de material iguais ou superiores a 4 mm O valor da tens o de ced ncia do material de adi o da soldadura dever ser equivalente ou superior ao valor do material base A presente Norma abrange o dimensionamento de soldaduras de ngulo de soldaduras de ngulo em contorno de orif cios de soldaduras de topo de soldaduras de buj o e de soldaduras em bordos arredondados Poder o utilizar se soldaduras de ngulo para a liga o de pe as quando as superf cies de fus o formam entre si um ngulo compreendido entre 60 e 120 Tamb m s o permitidos ngulos inferiores a 60 no entanto deve se considerar uma soldadura de topo com penetra o parcial Para ngulos superiores a 120 a resist ncia da soldadura dever ser determinada atrav s de
25. pela travessa dan ante que n o permite rota es A tens o normal provocada pela for a P iguala a 2 0 85 MPa A 4500 43 Apesar de o tubo estar sujeito a tens es muito pequenas este tem de ser r gido para garantir pequenas deforma es para que as paredes n o empenem e n o instabilizem o que justifica a escolha das dimens es acima 2 2 4 4 Liga es Soldadas Nesta sec o s o verificadas todas as liga es soldadas da estrutura de suporte pelo Euroc digo 3 parte 1 8 S o calculados a espessura e o comprimento dos cord es por forma a evitar tens es residuais e que cumpram sempre que poss vel os constrangimentos de projecto que a espessura do cord o deve ser maior ou igual que 3 mm e que o comprimento do cord o deve ser maior que 30 mm ou 6 vezes a espessura do cord o Segundo o Euroc digo 3 o valor de c lculo da resist ncia do cord o de ngulo suficiente se forem satisfeitas as duas condi es seguintes 02 3 12 zr lt 0 Como o 235 MPa material base 5235 Bw 0 85 tabela 1 5 Yu 1 25 NP EN 1993 1 1 p g 54 Fica 02 3 z2 32 lt 22118 MPa e c 169 2 MPa 17 5 Primeiro projectam se as liga es das cantoneiras e e f com os respectivos perfis de cantoneira Como a espessura das cantoneiras de 4 mm ent o a espessura m xima do cord o de 4 x sin 45 2 83 mm muito pr ximo dos 3 mm Como o perf
26. que manter o objecto a medir fixo foi constru da na empresa uma estrutura para suportar o Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante ilustrado na figura 1 2 Figura 1 2 Estrutura de suporte existente actualmente na EMEF Com esta estrutura aproveitada a fura o de fixar as placas dos batentes transversais da suspens o secund ria para fixar o conjunto estrutura atrav s de 8 parafusos A presente estrutura apresenta alguns inconvenientes e O procedimento de colocar o conjunto na estrutura e fix lo atrav s dos parafusos um m todo demorado e requer um procedimento cuidado e Necessita de dois operadores para que com um dispositivo de levantamento de cargas se coloque o conjunto no suporte e se alinhe os furos para serem colocados os parafusos e modo como a opera o realizada n o assegura a estabilidade do sistema podendo haver queda lateral Inicialmente para inclinarem travessa de carga 8 em rela o travessa dan ante utilizavam uma ponte rolante e mediam v rias vezes o ngulo entre as respectivas travessas at perfazer 8 Como este m todo era muito demorado fizeram se ferramentas especiais para que atrav s do uso de um monta cargas se consiga inclinar e posicionar a travessa de carga nos 8 de uma forma mais r pida Figura 1 3 Ferramentas especiais usadas nos ensaios realizados at ao momento a Ferramenta para manter as travessas paralelas b Ferramenta para garantir
27. reac o calculada verifica o da resist ncia do componente d Caso 1 Pelo Euroc digo 3 considera se a a a 3mm L 39 Ls 78 mm Figura 2 25 Detalhe da liga o do 0 3P 1141 5 N componente a com d caso 1 50 Neste caso apenas existe a componente a 03 11415 I ltot 8x78 49 MPa gt 31 2 8 5 MPa lt 221 18 MPa Caso 2 Pelo Euroc digo 3 considera se a a 3 L 1 39mm Lot 78 mm RHG Figura 2 26 Detalhe da liga o do componente com caso 2 Neste caso os cord es est o sujeitos s componentes o q Eug 0545 _ 1631 cos 5 4 93 MPa lt 169 2 MPa altot 3X78 _ Ryg sin 22 5 1631xsin 45 ltot 3x78 T 4 93 MPa Jo 2 3 1 4 932 3 x 4 93 9 86 lt 221 18 MPa Liga o da chapa de fixar os apoios ao componente b Esta liga o est sujeita a dois casos de carregamento Um caso em que existe uma for a P vertical e uma for a 0 3P longitudinal a actuarem na placa que provocam tens es nos cord es 1 e 2 segundo as componentes o No outro caso a mesma for a vertical P mas agora a for a 0 3P transversal e provoca tens es segundo q a q 3 l L 45 mm ltot 90 mm P 3805N 0 3P 1141 5 Figura 2 27 Detalhe da liga o das chapas de fixar os apoios aos componente b 51 e Caso 1
28. transformar a tens o que sai das portas digitais da placa 5 Vdc na tens o necess ria para actuar os solen ides das v lvulas 24 Vdc solu o encontrada usar 2 andares de rel s o primeiro rel controla uma tens o de 15Vdc e actuado pela placa com os 5Vdc o segundo rel controla ent o os 24Vdc e actuado pelos 15Vdc provenientes do primeiro rel Na figura 1 14 est representado o circuito desta cadeia de actua o S o precisos 3 circuitos destes 1 para a v lvula solen ide e 2 para a v lvula direccional 20 15 Vdc 24 Vdc Figura 1 14 Cadeia de Actua o 1 6 2 3 2 Cadeia de Medida Os sensores mais indicados para medir os ngulos pretendidos neste projecto s o sensores do tipo inclin metros Estes sensores medem sempre o ngulo entre eles e a vertical Consultado o fornecedor destes sensores MRA Instrumenta o escolheu se o Inclin metro SI 701AIHPC do fabricante Columbia Este sensor tem como principais caracter sticas Gama de medida 5 10 15 30 45 90 e Gama de corrente de sa da 4 20 mA e Alimenta o 15 Vdc e Erro de n o linearidade 0 1 F R e Erro de n o repetibilidade 0 1 e Erro de resolu o 0 001 F R Na cadeia de medida para os inclin metros das travessas figura 1 15 s o usados inclin metros com uma gama de medida de 15 e na cadeia de medida para os inclin metros das bielas figura 1 16 s o usados inclin metros com uma g
29. transversal base com o perfil UPN 80 Tem de ter um comprimento L suficiente para evitar o capotamento da estrutura a suportar o conjunto de travessas O comprimento L calculado para a situa o limite em que a estrutura juntamente com o conjunto de travessas s poder capotar quando for atingida uma inclina o superior a 45 com a horizontal Para garantir esta condi o o centro de gravidade da estrutura a suportar o conjunto tem de estar alinhado verticalmente com um dos apoios laterais quando a estrutura estiver inclinada 45 com a horizontal Como a for a da gravidade resulta de um campo grav tico uniforme o centro de gravidade coincide com o centro de massa O centro de massa da estrutura a suportar as travessas obtido utilizando o software SolidWorks Como ainda n o se sabe ao certo peso total da estrutura uma vez que este depende do comprimento L admite se um comprimento L de 2000 mm ver figura 2 11 Assim obtemos uma aproxima o da localiza o do centro de massa conforme est ilustrado na figura 2 10 40 Figura 2 11 Posicionamento do centro de massa Com a do centro de massa verifica se qual angulo qua alinha verticalmente centro de massa um dos apoios Atrav s de rela es geom tricas verifica se que para L 2000 mm angulo com a horizontal que evita capotamento de 45 6 Assim se conclui que por este metodo comprimento L do componente
30. 0 Tabela 1 2 Classe e resist ncia dos parafusos 1 4 2 1 2 C lculo da resist ncia individual dos parafusos As liga es com parafusos est o divididas em categorias conforme os esfor os a que estes est o sujeitos Assim como a liga o dos apoios estrutura apenas est sujeita ao corte no estado limite ltimo segundo a NP EN 1993 1 8 p g 26 as liga es dos apoios estrutura s o da categoria Liga o resistente ao escorregamenio no estado limite ltimo Para esta categoria de liga o recomendado o uso de parafusos pr esfor ados das classes 8 8 ou 10 9 No dimensionamento destas liga es deve verificar se que o valor de c lculo do esfor o de corte do estado limite ltimo Fy n o dever exceder o valor de c lculo da resist ncia escorregamento Fr esc nem o valor de c lculo da resist ncia ao esmagamento Fresm Tamb m se deve verificar que no estado limite ltimo n o excedido o valor de c lculo da resist ncia pl stica da sec o util que intercepta os furos dos parafusos Np Devem pois verificar se as seguintes condi es Fy p lt eer Y Fy p lt F esi Fy lt E De seguida sao apresentadas as formulas para calculo da resist ncia individual de pecas de liga o solicitadas ao corte e Resist ncia ao esmagamento k1 amp p oudt R esm YM2 ap o menor dos valores aq 2 e 1 0 Ou na direc o de transmiss o dos esfor os
31. 2 L 13 20 L 20 10 L 10 3 L 11 12 L 12 13 L 13 14 3552 L 6 5 L 7 8 1 37 L 8 6 L 15 12 L 16 15 L 18 16 L 17 18 L 13 17 L 2 8 L 3 6 L 1 6 L 4 8 L 5 9 L 7 10 L 12 18 L 13 16 L 11 16 L 14 18 L 15 19 L 17 20 90 Define o elemento a usar ET 1 BEAM188 Define as Propriedades do material Aco MPTEMP MPTEMP 1 0 MPDATA EX 1 210000 Atribui Modulo de Young 210000 MPa MPDATA PRXY 1 0 3 Atribui coeficiente de Poisson 0 3 Define as seccoes SECTYPE 1 BEAM CHAN UPN80x45 0 SECOFFSET CENT SECDATA 45 45 80 6 6 6 0 0 0 0 SECTYPE 2 BEAM L Cantoneira30x30x4 0 SECOFFSET CENT SECDATA 30 30 4 4 0 0 0 0 0 0 SECTYPE 3 BEAM RECT Placa Apoio 0 SECOFFSET CENT SECDATA 260 10 0 0 0 0 0 0 0 0 Atribuicao dos perfis UPN as linhas correspondentes FLST 5 6 4 ORDE 4 FITEM 5 1 FITEM 5 3 FITEM 5 7 FITEM 5 9 CM _Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S Y1 LATT 1 1 TA CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 FLST 5 6 4 ORDE 4 FITEM 5 4 FITEM 5 6 FITEM 5 10 5 12 CM Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S Y1 LATT 1 1 452 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 81 FLST 5 8 4 ORDE 6 FITEM 5 13 5 16 FITEM 5 18 FITEM 5 19 FITEM 5 21 FITEM 5 22 CM Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S 1 LATT 1 1 1 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 Atribuicao dos perfis L as linhas correspondentes
32. 625i i 0 178 11 99 1000 n int 45 510 2048 resolu o destes sensores fica igual a n int 45 5160 1 gt 50 002 precisao erro de cada sensor dado pela seguinte expressao 650 A g Ar eP0 0 00001 x 90 0 001 x 90 0 001 x 90 0 18 Como do angulo entre as duas travessas feita atrav s do sinal de 2 sensores o erro desta medida 2 x A0 2 x 0 18 0 36 69 3 Conclusoes Desenvolvimentos Futuros Neste documento apresenta se projecto de um banco de ensaios a construir no ambito do refor o do equipamento ao dispor da empresa EMEF Neste projecto o c lculo estrutural foi realizado tendo por base o Euroc digo 3 e assumindo simplifica es por forma a tornar a estrutura estaticamente determinada e pelo m todo de elementos finitos m todo num rico usando a t cnica de vigas 3 D Comparando os dois resultados verifica se que no m todo apresentado pelo Euroc digo 3 as tens es s o superiores s obtidas pelo m todo de elementos finitos uma vez que neste foram feitas simplifica es para que um s elemento suporte um determinado esfor o quando na realidade esse esfor o distribu do por v rios elementos como na realidade acontece e os E F comprovam O MEF um m todo que d resultados com muito detalhe e com muita precis o mas tamb m requer sentido cr tico de quem usa o m todo para poder interpretar os resultados obtidos A est
33. 67 lt lt 169 2 1 1 2Lw 1 98 MPa 2Lw JoL 3 t 12 42 lt 221 18 MPa e Caso 2 Pior caso Eb cos 45 0 3 Pls cos 45 0 3 27 MPa lt 169 2 MPa a ly _ E cos 45 0 3 Pls cos 45 T 6 07 MPa ly Jo 3 t 2 11 01 MPa lt 221 18 MPa Apenas 2 cord es garantem seguranca no apoio 2 2 4 5 Liga es com Parafusos Na estrutura de suporte h 4 ligac es com parafusos iguais para ligar os 4 apoios estrutura Na figura 2 30 est ilustrada a fura o feita no apoio para esta liga o 214 210 255 P5 70 e 9 57 5 gt Figura 2 30 Esquema da fura o da liga o por parafusos 53 A verifica o da resist ncia da liga o feita atrav s do m todo apresentado no Euroc digo 3 parte 1 8 como est escrito na sec o 1 4 2 1 2 C lculo da resist ncia individual dos parafusos Esta liga o da categoria C Resistente ao escorregamento no estado limite ltimo em que se tem de verificar as seguintes condi es Fy Fresm Verificar resist ncia ao esmagamento Fy Fresc Verificar resist ncia ao escorregamento lt Np verificar resist ncia da sec o til que intercepta os furos dos parafusos Esta liga o feita usando 4 parafusos M12 da classe 8 8 com oy 640 MPa o 800 MPa Fy 0 3P 0 3 x 3805 1141 5 N Fy 1141 5 pe
34. FLST 5 12 4 ORDE 4 FITEM 5 23 FITEM 5 28 FITEM 5 29 FITEM 5 34 CM _Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S Y1 LATT 1 1 2 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 Atribuicao das Placas dos Apoios as linhas correspondentes FLST 5 1 4 ORDE 1 FITEM 5 17 CM _Y LINE LSEL P51X CM Y1 LINE CMSEL S Y I CMSEL S Y1 LATT 1 1 2 3 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 FLST 5 1 4 ORDE 1 FITEM 5 20 CM Y LINE LSEL P51X 82 CM _Y1 LINE CMSEL S Y CMSEL S Y1 LATT 1 1 12 3 CMSEL S Y CMDELE Y CMDELE Y1 Faz a malha LESIZE ALL 100 1 1 LMESH ALL Aplica as Condicoes de Fronteira FLST 2 2 3 ORDE 2 FITEM 2 1 FITEM 2 11 GO DK P51X ALL J 0 33353525 J Aplica as Forcas FLST 2 4 3 ORDE 4 FITEM 2 6 FITEM 2 8 FITEM 2 16 FITEM 2 18 GO FK P51X FX 3071 57 FLST 2 4 3 ORDE 4 FITEM 2 6 FITEM 2 8 FITEM 2 16 FITEM 2 18 GO FK P51X FY 3071 57 Obtem Solucao SOL Solve FINISH Resultados POST1 ESHAPE 1 0 Mostra o grafico das tensoes equivalentes PLNSOL S EQV 83 Anexo E Desenhos T cnicos da Estrutura de Suporte 94
35. J3 414MPa gt l 35mm a l5 alz As tens es que actuam no cord o o est o representadas na figura 2 22 4 x 5 19 69 3 8 27372 5095 Fa sin 19 6 Y _ Jo 37 2 TES 3x moa 2414 MPa gt ls 19mm __ 19 6 2853 cos 19 6 l3xa3 19x3 8 37 2 MPa 169 2 MPa F3 Figura 2 23 Detalhe do cord o 3 49 Liga o do componente b aos componentes a Nesta liga o tem se em conta as reac es calculadas anteriormente verifica o da resist ncia do componente b no ponto G 5436 N Rug 488 5 N Pelo Euroc digo 3 considera se a a 3 l L 80 mm Lot 160 mm Figura 2 24 Detalhe da liga o do componente b aos componentes a e d A for a Ry provoca tens es segundo a componente e a for a Ry provoca tens es segundo as componentes o q 216 11 3 MPa ltot 3 160 g PHS costes _ 4885 cos 45 9 72 MPa lt 169 2 MPa ltot 3 160 T Ryg sin 22 5 E 488 5xsin 45 0 72 MPa ltot 3 160 012 3 t 4 0 722 3 11 3 0 72 20 8 lt 221 18 MPa Liga o do componente Nesta ligagao consideram se dois casos de carregamento distintos Um caso em que liga o tem de suportar a for a transversal 0 3P e outro caso em que liga o tem de suportar
36. L 275 390 255 370 5 355 N NL 355 490 335 470 5 420 N NL 420 520 390 520 5 460 N NL 460 540 430 540 Tabela 1 1 Normas Classes Propriedades de Acos 1 4 1 3 C lculo de tens es nas sec es transversais Para o c lculo da tens o equivalente numa sec o transversal de um componente o Euroc digo 3 afirma que pode ser utilizada a tens o equivalente de von Mises dada pela equa o 1 37 1 Em que o o somat rio de todas as tens es normais que actuam na sec o somat rio de todas as tens es de corte que actuam na sec o 1 4 2 Euroc digo 3 Projecto de Estruturas de A o Parte 1 8 Projecto de Liga es A estrutura met lica de suporte do conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante tem os seus componentes ligados entre si por soldadura e tem os quatro apoios ligados estrutura atrav s de liga es com parafusos Assim nas sec es 1 4 2 1 e 1 4 2 2 mostra se a metodologia retirada da NP EN 1993 1 8 para o c lculo de liga es soldadas e com parafusos 1 4 2 1 Liga es com parafusos 1 4 2 1 1 Generalidades Na presente Norma os valores da tens o de ced ncia oyp e da tens o de ruptura oup trac o dos parafusos a utilizar no c lculo do projecto de liga es com parafusos est o indicados na tabela 1 2 Lame co se se ce mo parafuso 50 300 4X 48 90 e MPa 400 400 500 500 600 800 100
37. LUTION STEP 1 SUB 1 TIME 1 USUM AVG RSYS 0 DMX 6459 SMN 351 03 SMX 6459 Figura 2 38 Campo de deslocamentos com a for a 0 3P longitudinal Nestes resultados pode se observar que os deslocamentos maximos ocorrem nas superf cies dos apoios como era de esperar e que estes t m valores muito pequenos 0 062 mm no caso em que a for a 0 3P actua transversalmente e 0 65 mm quando a for a 0 3P actua longitudinalmente respectivamente m x 065 _ 6 5 x 1074 gt 0 065 L 1000 60 2 2 5 6 Evitar a Queda Lateral Da an lise feita pelos elementos finitos a simular a situa o limite antes da queda lateral da estrutura quando esta est inclinada 45 com a horizontal obt m se o campo de tens es apresentado na figura 2 39 NODAL SOLUTION SMN 002255 SMX 36 581 Figura 2 39 Distribui o de tens es com a estrutura inclinada 45 Obt m se uma tens o m xima no componente f de 36 MPa valor muito pr ximo dos 33 MPa obtidos pelo m todo do Euroc digo 3 2 3 Consola m vel Para al m da estrutura de suporte foi concebida uma mesa m vel com um circuito hidr ulico e um circuito electr nico controlados por um computador port til ou por um conjunto de bot es modo manual 2 3 1 Circuito Hidr ulico Ap s se analisarem os requisitos e os constrangimentos de projecto chega se ao circuito hidr ulico que est representado na figura 2 40 61 ee V 26
38. a que suporta um grupo de pot ncia hidr ulico para accionar os cilindros hidr ulicos de pendula o para inclinar a Travessa de Carga em rela o Travessa Dan ante e um circuito electr nico com uma cadeia de actua o e uma cadeia de medida para que se monitorize todo o ensaio atrav s de um computador actuando no circuito hidr ulico e medindo os ngulos pretendidos Na estrutura de suporte realizou se uma verifica o das for as envolvidas e fez se uma an lise estrutural atrav s de um m todo anal tico com base no Euroc digo 3 e de um m todo num rico M todo dos Elementos Finitos No circuito hidr ulico e no circuito electr nico foram dimensionados e seleccionados todos os componentes que os constituem Em conclus o apresenta se um banco de ensaios e uma nova metodologia de medi o dos ngulos que satisfaz os requisitos e constrangimentos especificados neste projecto Palavras Chave Banco de Ensaios Comboio Pendula o Activa Projecto Estrutural Euroc digo 3 leo Hidr ulica 11 Abstract This thesis shows the design of a test bench for the tilting bolster over the bogie of the tilting train CP 4000 of the company CP Comboios de Portugal E P E This test will serve to measure the angle of inclination between load bolster and tilting bolster and the angles of the relative positions between the connecting rods of the tilting bolster over the bogie The main objectives of this design are 1 Desi
39. adas nas figuras 2 44 e 2 45 15 Vdc 12 bits angulo 15 15 4 20 mA 10 10 Vdc 0 4096 Figura 2 44 Cadeia de medida dos inclin metros das travessas 15 Vdc 45 45 4 20 mA 10 10 0 4096 Figura 2 45 Cadeia de medida dos inclin metros das bielas Como o sinal de sa da dos inclin metros de 4 20 mA tem de se fazer um condicionamento de sinal para transformar o sinal de sa da do sensor 4 20 mA num sinal reconhecido pela placa de aquisic o de dados 10 10 Vdc Neste condicionamento de sinal s o usados 2 circuitos activos com AmpOp s o primeiro um conversor corrente tens o para transformar a corrente que sai do sensor em tens o e o segundo um circuito subtractor para transformar a tens o que sai do conversor corrente tens o em 10 10 Vdc 66 O conversor corrente tens o o circuito que est ilustrado na figura 2 46 em que x R R T 4 mA 20 Figura 2 46 Circuito conversor Corrente Tens o Como o alimentado 15 Vdc u n o pode ser superior a 15 Vdc e u u deve ser igual a 10 Ent o para calcular os valores de R resolve se o seguinte sistema de equa es Lut POS 0 020 R u s 12 5 Vdc 1 R 2 5 Vdc u r 10 R 6250 Agora que se tem os 4 20 mA transformados em 2 5 12 5 Vdc falta transformar os 2 5 12 5 Vdc em 10 10 Vdc O gr fico d
40. ama de 45 15 Vdc ngulo gt gt Inclin metro 15 15 4 20 mA 10 10 Vdc 0 4096 Figura 1 15 Cadeia de Medida dos inclin metros das travessas 15 Vdc 12 bits angulo x Inclin metro 45 45 4 20 mA 10 10 0 4096 Figura 1 16 Cadeia de Medida dos inclin metros das bielas Uma vez que as entradas anal gicas da placa apenas permitem um sinal de tens o continua numa gama de 10Vdc tem de se fazer um condicionamento de sinal por forma a 21 transformar os 4 20 mA em 10 10Vdc Neste condicionamento de sinal sao usados 2 circuitos activos com 5 o primeiro um conversor corrente tens o e o segundo um circuito subtractor Este condicionamento de sinal est ilustrado na figura 1 17 2xR 4 20mA 10 10 Vdc u 2 5 12 5 Vdc Figura 1 17 Condicionamento de Sinal 1 6 2 3 3 Descri o do Programa Um dos requisitos impostos pela empresa EMEF 6 que banco de ensaios realize ensaio automaticamente ou seja atrav s de um simples clique num bot o o banco de ensaios inclina para um lado a travessa de carga em rela o travessa dan ante obt m os valores dos ngulos relativos da inclina o das quatro bielas e faz mesmo quando inclina a travessa de carga para lado oposto imprimindo no fim uma folha com os resultados obtidos no ensaio O valor indicado pelo fabricante do bogie do deslocamento angular da trav
41. ar todo o leo que retorna ao reservat rio O conjunto de v lvulas possui uma v lvula direccional 12 para inclinar a travessa de carga para um lado ou para o outro tem uma v lvula reguladora de caudal 10 e uma v lvula de solen ide 11 em paralelo para controlar a velocidade de inclina o com a v lvula de solen ide em posi o normal aberta o leo passa livremente provocando um avan o r pido com a v lvula solen ide actuada fechada o leo tem de passar pela v lvula reguladora de caudal provocando um avan o lento e tem ainda uma v lvula de reten o pilotada 13 para garantir a estanquicidade do circuito e o posicionamento dos cilindros uma vez que a v lvula direccional mesmo fechada n o garante 1 6 2 3 Circuito Electr nico O circuito electr nico deste banco de ensaios constitu do por uma cadeia de actua o para controlar o circuito hidr ulico e uma cadeia de medida para medir os valores dos ngulos requeridos ambas controladas por um computador atrav s de uma placa de aquisi o de dados DAQ da National Instrumenis USB 6008 A interac o entre o operador e o computador feita atrav s de um programa concebido e desenvolvido no ambiente LabVIEW uma vez que o ambiente de programa o indicado para interagir com estas placas de aquisi o de dados 1 6 2 3 1 Cadeia de Actua o Para actuar as v lvulas direccional e solen ide atrav s da placa de aquisi o de dados necess rio
42. ctrico e a cilindrada da bomba hidr ulica que s o necess rios para fazer inclinar a travessa de carga estima se a for a que o cilindro hidr ulico necessita de fazer para depois calcular a press o de servi o e a pot ncia do motor PONTO DE REFERENCIA 1250 8 1398 1 Figura 2 41 Forgas actuantes na travessa de carga A for a do cilindro m xima quando a travessa de carga est inclinada 8 A travessa est apenas apoiada nas duas bielas e no cilindro Atrav s das equa es de equil brio est tico estima se a for a do cilindro Fey Fy 0 2 cos 4 14 Fg cos 59 08 Fey cos 19 9 693 0 gt Fy 0 8 sin 4 14 F5 sin 59 08 Fo sin 19 9 0 cos 59 08 x 1090 3 Fey cos 19 9 x 1090 3 693 x 492 0 Resolvendo o sistema de equa es resulta Fg 381 Kg f 135 Kg f Foy 259 Kg f x Em 72 Como o mbolo do cilindro tem 70 mm de di metro a sua rea vale z x T 38 5 2 pressao necess ria 6 entao 63 p 6 7 bar Para calcular caudal necessita se do volume de leo necess rio para distender o mbolo e do tempo pretendido para inclinar a travessa O curso do mbolo para inclinar a travessa de carga 8 de 14 cm e pretende se que demore 5 s a distender os 14 cm O volume de leo necess rio para distender os cilindros hidr ulicos ser de V A S 38 5 x 14 539 cn 0 54 dm 5
43. de Dados DCL Diagrama de Corpo Livre MEF M todo dos Elementos Finitos Lista de S mbolos Letras gregas Coeficiente de Poisson Tensao normal T Tens o de corte Outros s mbolos 2 Area efectiva do cord o de soldadura Ap rea bruta da sec o transversal do parafuso Area resistente do parafuso parte roscada rea da sec o til que intercepta os furos dos parafusos Frese For a resistente ao escorregamento por parafuso Fresm For a resistente ao esmagamento por parafuso Fy p de corte por parafuso F For a de corte na liga o com parafusos e For a de pr esfor o Li Afastamento entre as extremidades dos cord es de soldadura Lw Comprimento do cord o de soldadura Ng For a resistente pl stica da sec o til que intercepta os furos dos parafusos p For a cr tica de instabilidade do Di metro do furo passante para um parafuso es Distancia entre centro de furo de um parafuso extremidade adjacente medida na direc o da transmiss o do esfor o Distancia entre centro de furo de um parafuso bordo adjacente medida na direc o perpendicular transmiss o do esfor o Ni Coeficiente de seguran a de instabilidade P1 P2 OI Distancia entre os eixos dos parafusos de uma fiada medida direc o da transmiss o do esfor o Dist ncia medida perpend
44. de todos os componentes montados dois conjuntos um grupo de pot ncia e uma placa com todas as v lvulas acopladas Os custos de aquisi o destes dois conjuntos est detalhado na tabela 1 9 a t demo o oo 4 1 Motoretccrio soow SAUER Bomba de Engrenagens DANFOSS SNP 1 43DC001 185 716 Filtro de Retorno sorma REM s E 1B3 3570 EGER Filtro de Press o MDF 1 0 316 74 Manometro 0 60 bar WIKA 0 60 63 N 25 59 alvula Limitadora de Pressao OLEOSTAR VMP B L 05 38 TS S 66 22 Valvula Solendide OLEOSTAR VE B 38 NA 144 40 w Valvula Reguladora de Caudal HYDAC SRVR 10 1 1 0 206 16 Compensada x 76 4WE6H6X EG V lvula Direcional de Gaveta 24 N9 K4 333 59 V lvula de Reten o Pilotada Eth 7296 6X 387 81 sandwich Acoplamento R pido Macho Macho FP CEJN 3 8 ES 3 8 365 198 Acoplamento Rapido FP 3 8 dh 3 8 365 iba Bloco para V lvulas lI 2XTN6 156 78 NM Material Diverso jun es e 500 00 11 12 13 14 14 tubagens 2 732 67 Tabela 1 10 Estimativa de custos do fabrico do circuito hidr ulico Na tabela 1 10 est uma lista de compras e os precos encontrados para os componentes do circuito electr nico Foi feita uma pesquisa online no fornecedor RS Components e no fabricante LEGRAND para obter os precos dos principais componentes A estes custos acrescem os custos de mao de obra do fabrico dos
45. do OS eixos x y e z e inclui os efeitos do esforco de corte O Beam188 permite uma an lise muito completa visto ser um elemento 3 D em que permite cria o de diferentes sec es predefinidas pelo programa onde o c lculo dos momentos de in rcia e de sao realizados automaticamente Nas figuras 2 30 2 31 e 2 32 est o representadas as secc es utilizadas na an lise UPN 80 L30x30x4 e a chapa de fixar os apoios com 10 mm de espessura necess rio referir que o ANSYS n o permite a realiza o de raios de concord ncia utilizados nas sec es em U e cantoneiras como tal os momentos de in rcia calculados pelo ANSYS tem uma pequena diferenca comparando com os valores dos perfis normalizados como se pode ver nas figuras 2 31 2 32 e 2 33 55 x Centroid o ShearCenter Figura 2 31 Perfil UPN 80 gerado pelo ANSYS x Centroid ShearCenter SECTION ID 1 DATA SUMMARY Section Name UPN80x45 Area 948 Iyy 898096 Iyz 255E 10 Izz 180721 Warping Constant 175E 09 Torsion Constant 11551 Centroid Y 14 108 Centroid Z 40 Shear Center Y 12 803 Shear Center Z 40 Shear Corr YY 382228 Shear Corr YZ 258E 13 Shear Corr ZZ 401545 SECTION ID 2 DATA SUMMARY Section Name Cantonei Area 224 18554 Ivz 10864 Izz 18554 Warping Constant 75429 Torsion Constant 1194 Centroid Y 6 964 Centroid Z 6 964 Shear Cente
46. e o esquema simplificado da estrutura com os componentes identificados com min sculas os n s identificados com mai sculas e a posi o dos carregamentos 0 3 P ar 1000 700 Figura 2 4 Diagrama de Corpo Livre da estrutura O valor da for a o peso total do conjunto das duas travessas e dos 2 cilindros hidr ulicos dividido pelos quatro apoios Na tabela 2 2 s o apresentados os pesos dos componentes do conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante Cilindros hidr ulicos 34 Tabela 2 3 Peso do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante Assim temos 1553 Kg P 388 25 Kg 388 25 Kg x 8m s 3805 03P 11415N 2 2 4 2 Perfis Utilizados Neste m todo come a se por atribuir uma sec o aos componentes e depois verifica se a sua resist ncia Aos componentes a b e d atribu do o perfil UPN 80 sendo o perfil UPN o de menor resist ncia da tabela do fabricante Aos componentes e e f atribu do o perfil de cantoneira 30x30x4 uma vez que partida parece ser dos mais adequados para o efeito Nos apoios s o usadas chapas de espessura 6 mm e um tubo com 244 5 mm de di metro e espessura 6mm Nos Anexos s o apresentados extractos do cat logo do fabricante FERPINTA Ind Tubo A o de S A Na Figura 2 5 est o representados os dois tipos de perfis para definir a nomenclatura das dimens es dos p
47. edida e actuac o foram identificados os principais componentes do circuito electr nico e foi elaborada uma estimativa de custos relativos ao fabrico do circuito 13 1 6 Solu o Encontrada 1 6 1 Descri o da estrutura de suporte do conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante A solu o encontrada para a estrutura de suporte do conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante est ilustrada na figura 1 7 Figura 1 7 Estrutura de suporte final do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante Na tabela 1 6 est a legenda da figura 1 7 Descri o Travessa transversal da base Placa de fixar os apoios Cantoneira de refor o da rigidez transversal Cantoneira de refor o da rigidez longitudinal Travessa longitudinal da base Tabela 1 6 Legenda da figura 1 7 Esta estrutura cumpre todos os requisitos e constrangimentos enumerados na sec o 1 3 e tem como principais caracter sticas Peso 178 Kg e Largura m xima 2000 mm Altura m xima 1108 mm e Comprimento m ximo 2444 mm e Constitu da essencialmente por elementos com perfis UPN 80 e L30x30x4 e Possui 2 olhais para suspender e transportar a estrutura 14 Nas figuras 1 8 1 9 e 1 10 pode ver se a estrutura com o conjunto de conjunto Travessa de Carga Travessa Dancante e o detalhe de encaixe do apoio da estrutura na base de assentamento Travessa Dancante das molas da suspensao secundaria Figura 1 9 Detalhe dos deslocame
48. endo a estrutura objecto desta tese uma estrutura muito simples apenas para suportar um conjunto de componentes que pesa cerca de 1500 Kg houve a necessidade de fazer algumas aproxima es na aplica o do mesmo Assim sendo retirou se deste c digo toda a informa o relativa aos perfis estruturais de aco a utilizar ao material e ao projecto de liga es soldadas e aparafusadas De seguida mostrada toda a informa o retirada do Euroc digo 3 necess ria execu o do projecto 1 4 1 Eurocodigo 3 Projecto de Estruturas de Aco Parte 1 1 Regras Gerais e Regras para Edificios 1 4 1 1 Objectivo campo de aplica o O presente codigo estabelece os principios de base para o projecto de estruturas de aco com componentes de espessura t 2 4 mm 1 4 1 2 Material A o estrutural Segundo este c digo as propriedades do a o estrutural a utilizar nos c lculos s o as seguintes e M dulo de Elasticidade E 210 000 MPa e Coeficiente de Poisson em regime el stico 0 3 Os valores nominais da tens o de ced ncia da tens o de ruptura o para a os estruturais laminados a quente dever o ser obtidos consultando a tabela 1 1 resumida Norma Espessura nominal t do componente da sec o mm e 40 mm t s 80 mm classe do aco MPa MPa MPa MPa 10025 2 5 235 5275 5 355 235 360 215 360 275 430 255 410 355 490 335 470 S 450 450 550 410 550 EN 10025 3 S 275 N N
49. ensaios de acordo com a EN 1990 Anexo D Dimensionamento com apoio experimental Em ambiente corrosivo n o dever o ser utilizadas soldaduras de ngulo descontinuas Numa soldadura de ngulo descont nua os afastamentos entre as extremidades de cada cord o L e o comprimento de cada cord o Ly dever o satisfazer as condi es da figura 1 4 Figura 1 4 Comprimentos dos cord es em soldadura descont nua Em que e Ly gt menor dos valores 0 75b 0 75 b e L lt menor dos valores 16 t 16 t 200 Numa soldadura dimensionada para transmitir esfor os comprimento do cord o dever ser superior a 30 mm ou a 6 vezes a sua espessura considerando se o maior destes valores A espessura de um cord o de ngulo a dever ser obtida conforme ilustrado na figura 1 5 Figura 1 5 Espessura dos cord es de ngulo 10 1 4 2 2 2 C lculo da resist ncia de cord o de ngulo Um dos dois m todos presentes nesta norma para calcular a resist ncia de um cord o de ngulo o M todo Direccional NP EN 1993 1 8 p g 47 Neste m todo os esfor os transmitidos por unidade de comprimento do cord o s o decompostos em componentes paralelas e perpendiculares ao plano que define a espessura do cord o conforme ilustrado na figura 1 6 O valor de c lculo da rea efectiva do cord o Ay deve ser considerado igual a Ay a Ly Para efeito do c lculo admite se que a rea efectiva do cord o est c
50. erfis utilizados z t PM I I a Perfil UPN b Perfil Cantoneira Figura 2 5 Perfis utilizados nos elementos da estrutura Nas tabelas 2 3 e 2 4 apresentam se as principais caracter sticas dos perfis utilizados Perfil mm timm luu Ivv Massa Linear mm mm kg m UPN 80 80 45 6 1100 1 06x10 194x10 8 64 L 30 30 4 225 28 5 10 18x10 1 77 Tabela 2 4 Propriedades das sec es dos perfis UPN 80 e Cantoneira 35 Perfil D mm t mm mm mm Massa Linear kg m Tubo 244 5 6 4500 31 99x10 35 30 Tabela 2 5 Propriedades da se o do tubo D244 5 2 2 4 3 Resist ncia dos Elementos Nesta sec o verificam se os factores de seguran a da resist ncia das sec es dos componentes a b d e P e calcula se o comprimento L do componente a por forma ter a estabilidade necess ria e Componente c ou 7 ver figura 2 3 este componente tratado como uma barra com o perfil cantoneira que suporta todo o esfor o 0 3 P na direc o transversal tan 50 64 36 480 for a exercida na barra dada por Fe z 0 3P _ 0 3X3805 2638 cos 0 Cos 64 36 A tens o normal na barra c dada por Ee 2638 11 72 MPa rs N Ac 225 O factor de seguran a igual a G 235 gate 20 ON 11 72 Figura 2 6 DCL do elemento Como estas barras tanto est o trac o como
51. es 70 4 Refer ncias 1 2 3 4 5 6 7 3 10 11 12 13 14 15 16 NP EN 1990 Euroc digo Bases para o projecto de estruturas Dezembro 2009 NP 1993 Euroc digo 3 Projecto de estruturasde a o partes 1 e 8 Mar o 2010 Parlamento Europeu e do Conselho de 17 Maio de 2006 Directiva 2006 42 CE Jornal Oficial da Uni o Europeia de 9 de Junho de 2006 no Directiva europeia relativa as m quinas NP ISSO 13920 1996 Soldadura Toler ncias gerais para constru o soldada Marco 2006 Chagas 2 Edi o 2002 Manual T cnico de Produtos Sider rgicos Online http www fachagas pt cache bin XPQWfpAXX56UzkZMyMbs1ZKU pdf Abril de 2011 Grupo Ferpinta Cat logo de Produtos Sider rgicos Online www ferpinta pt Abril de 2011 J Reddy An Introduction To The Finite Element Method Third Edition ed McGraw Hill Science Engineering December 2004 F P Beer and E R Jonhston Mechanincs of Mateials 4 edic o McGaw Hill 2006 J E Shigley C R Mischke and R G Budynas Mechenical Engineering Design 8 edi o McGraw Hill 2008 A Silva J Dias and L Sousa Desenho T cnico Moderno 5 Edi o LIDEL 2004 K Ogata Engenharia de Controle Moderno 4 Edic o Pearson Prentice Hall 2003 MRA Instrumenta o Cat logo de sensores Online http www mra pt industria produtos instrumentacao sensores e condicionadores de sinal sens
52. es com a estrutura inclinada 45 61 Circulo NidrQUIICO uet ds 62 For as actuantes na travessa de 63 MO 65 Graficos 66 Cadeia de medida dos inclin metros das travessas 66 Cadeia de medida dos inclin metros das bielas 66 Circuito conversor Corrente Tens o 67 AAA M 67 Circulo SUDIFACIOR PEE EE 68 Condicionamento de Sinal final 68 Lista de Tabelas Tabela 1 1 Normas Classes Propriedades de 6 Tabela 1 2 Classe e resist ncia dos 7 Tabelas Vales e nc AS SUNS san Sais 9 Tabela 1 4 Coeficientes de 2 00000000010 1 9 Tabela 1 5 Factor de correla o y u am suu Desde ca seus 12 Tabela 1 6 Legenda da figura 1 7 00202200000 0 00 0 0 0 14 Tabela 1 7 Identifica o dos componentes do circuito hidr ulico 18 Tabela 1 8 Estimativa de custos do fabrico da estru
53. essa de carga em rela o travessa dan ante dever ser de 8 para que o deslocamento angular das bielas seja de 25 31 Com este objectivo elaborado um programa que controlara ensaio descrito no algoritmo e Descri o dos objectos a manipular 1 V lvula direccional tem 12 da figura 1 13 2 V lvula solen ide Item 11 da figura 1 13 3 Valor do ngulo que a travessa de carga dever inclinar em rela o travessa dan ante 4 Valores dos ngulos dos 6 inclin metros 1 inclin metro por biela 1 inclin metro para a travessa de carga e 1 inclin metro para a travessa dan ante e Descri o das ac es a executar 1 O operador indica o ngulo que a travessa de carga dever inclinar em rela o travessa dan ante 8 por defeito 2 In cio do ensaio com um clique no bot o Iniciar Ensaio 22 10 11 12 13 14 O programa inicia a leitura continua dos valores dos ngulos dos 6 inclin metros Compara o valor do inclinometro da travessa de carga com o valor do inclinometro da travessa dan ante Actua na v lvula direccional e na v lvula solen ide para igualar o valor do inclin metro da travessa de carga ao valor do inclin metro da travessa dan ante com precis o Memoriza a diferen a dos inclin metros das travessas e os valores dos inclin metros das quatro bielas Actua na v lvula direccional para inclinar a travessa de carga em rela o travessa dan ante ao mesm
54. esta transforma o est representado na figura 2 47 A equa o deste gr fico do tipo Y mx b 10 10 2 12 5 2 5 b 10 2 x 12 5 15 10 u Vdc 10 25 u Vdc 12 5 Figura 2 47 Gr fico u vs u Esta equa o u 2 x u 15 equivalente equa o u 2 u 7 5 do circuito subtractor representado na figura 2 48 67 7 5 JPG 1 10 Vdc I R Ed Ly PIA gt 2 5 12 5 Figura 2 48 Circuito Subtractor Juntando os dois circuitos obtemos o condicionamento de sinal completo das cadeias de medida ver figura 2 49 2xR 4 20 mA 10 10 Vdc o 2 125 Figura 2 49 Condicionamento de Sinal final Para cadeia a cadeia de medida dos inclin metros das travessas tem se a seguinte rela o n int 204 8 u 2048 2 15 6251 i 0 5330 12 005 1000 n int 136 530 2048 A resoluc o destes sensores fica igual a n int 136 5300 1 136 53 n 1 gt 0 0 007 precisao erro de cada sensor dado pela seguinte expressao 650 A ting AreP0 0 00001 x 30 0 001 x 30 0 001 x 30 0 06 68 Como medi o do ngulo entre as duas travessas feita atrav s do sinal de 2 sensores erro desta medida 2 x A 2 x 0 06 0 12 Para a cadeia a cadeia de medida dos inclin metros das bielas tem se a seguinte rela o n int 204 8 u 2048 u 2 15 u
55. este caso s temos a componente Fc 2307 m 8 15 MPa ltot 2 83x 100 V3 X T4 V3 x 8 152 14 12 MPa lt 221 18 MPa e Liga o do componente f com a Fg 7477 1 lt 80 mm L 110 mm a 2 83 mm C lculo das for as de cada cord o atrav s das equa es de equil brio para evitar momentos parasitas 0 30F 896F F 2233 N Figura 2 19 Detalhe da ligac o do componente f com a Atrav s condi o de distribui o uniforme de tens es tem se Ti 4 sms end j Ay As l5 5244 1 30mm n 70 vum lot 30 70 100 mm Neste caso s temos a componente Fc m 7477 ltot 2 83x100 3 V3 x 2642 45 76 MPa lt 221 18 MPa 26 42 MPa Ty e Liga o do componente b O componente e ligado ao componente b atrav s de 3 cord es de soldadura como mostra a figura O comprimento dos 3 cord es calculado por forma a eliminar os momentos parasitas Figura 2 20 Detalhe da liga o do componente e com b Os valores das for as F F s o obtidos atrav s das equa es de equil brio est tico F 2307 YF 0 e F F F 689 N gt My 30 F 8 96 Fe 4 F 738 Neste caso o cord o limitativo o cord o 3 47 As tens es que actuam no cord o 3 o est o representadas na figura 2 20 4
56. fi INSTITUTO SUPERIOR T CNICO Projecto de um Banco de Ensaios do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante Gabriel Gomes Gameiro Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Engenharia Mec nica Juri Presidente Prof Doutor Luis Manuel Varejao Oliveira Faria Orientador Prof Doutor Luis Filipe Galrao dos Reis Co Orientador Prof Francisco Jose Lamy Figueiras Vogal Eng Manuel Correia Alves da Cruz Outubro de 2011 Agradecimentos Em primeiro lugar agrade o aos meus orientadores os Professores Luis Filipe Galrao dos Reis e Francisco Jos Lamy Figueiras pelo apoio orienta o deste trabalho e numerosas sugest es que levaram elabora o desta disserta o Estou lhes sinceramente agradecido pelo conhecimento experi ncia e inspira o que me transmitiram nestes ltimos anos como professores de v rias disciplinas Um agradecimento tamb m ao Professor Jos Raul Carreira Azinheira pela ajuda e orienta o no dimensionamento e selec o dos componentes do circuito electr nico Tamb m agrade o aos Engenheiros Rui Alves Pereira e Carlos Manuel Gaspar Touret pelo apoio ajuda e receptividade na empresa EMEF S A e ao Eng Miguel Ryder pela ajuda no dimensionamento e selec o dos componentes do circuito hidr ulico e pela amabilidade de me ter recebido na empresa CUDELL Engenharia amp Servi os Agrade o igualmente a oportunidade e o interesse demonstrado pela CP Comboios de Portugal E
57. gn the test bench based on standards Codes of the Mechanical Engineering Design 2 Develop new procedures methodology for observation measurement the angles of the relative positions of the two plates and the connecting rods 3 Analysis of manufacturing costs of the test bench This project was inspired by the need of the EMEF S A Company to obtain one test bench which is able to replace manual stay work methods i e measurements by a coordinate laser machine This test bench is composed by a support structure of the tilting bolster over the bogie and by a work station that includes a hydraulics power unit to operate the hydraulic cylinders of tilting to tilt the charge plate and an electronic control unit to allow that one computer controls hydraulic circuit and measure the angles In the supporting structure the forces involved were checked and was caused out a structural analysis of the structure by means of an analytical method based on Eurocode 3 and a numerical method finite element method Concerning the hydraulic circuit and electronic unit all the components were scaled and selected As final result it s presented a test bench and a new methodology for measuring the angles that satisfy the requirements and constraints specified in this project Keywords Test Bench Train Active Tilting Structural Design Eurocode 3 Oil Hydraulic ill Indice Agradecimentos RESUM Oasis
58. gulo que eles fazem com a vertical atrav s da ac o da gravidade 64 Para ligar os sensores computador utilizada uma placa de aquisi o de dados DAQ Data Aquisition A placa de aquisi o de dados uma placa que recebe um sinal anal gico ou digital de um sensor e o converte num sinal digital reconhecido pelo computador Neste caso a placa a utilizar uma NI USB 6008 uma placa de 12 bits que recebe um sinal anal gico de 10 10 Vdc transforma um sinal anal gico num sinal digital com 12 bits o que d 212 4096 combina es poss veis 10 u vdg 19 n int 204 8 u 2048 Figura 2 42 Grafico n vs u O inclin metro escolhido um SI 701AIHPC do fabricante Columbia Este sensor tem como principais caracter sticas Gama de medida 5 10 15 30 45 90 Gama de corrente de sa da 4 20 mA Alimenta o 15 Vdc Erro de n o linearidade 0 1 F R Erro de n o repetibilidade 0 1 F R Erro de resolu o 0 001 F R Assim para medir os ngulos das 2 travessas utilizam se 2 sensores com uma gama de medida de 15 e para medir os ngulos das 4 bielas utilizam se 4 sensores com uma gama de medida de 45 65 20 20 i mA mA 4 4 15 Angulo 15 45 Angulo 459 a i 0 5330 12 005 mA b i 0 1786 11 99 mA Figura 2 43 Graficos i vs angulo Como se utilizam 2 gamas de medida diferentes tem se tambem duas cadeias de medida ilustr
59. icularmente direc o de transmiss o do esfor o entre fiadas adjacentes de parafusos Coeficiente parcial de seguran a Coeficiente parcial de seguran a de resist ncia dos elementos e das sec es transversais Coeficiente parcial de seguran a de resist ncia ao escorregamento no estado limite ltimo Tens o normal paralela ao eixo do cord o de soldadura Tens o normal perpendicular espessura do cord o de soldadura Tens o originada pelo momento flector Tens o originada pelo esfor o axial Tens o equivalente de Von Mises Tens o admiss vel Tens o de ruptura Tens o de ruptura trac o dos parafusos Tens o de ced ncia Tens o de ced ncia trac o dos parafusos Tens o de corte no plano da espessura paralela ao eixo do cord o de soldadura Tens o de corte no plano da espessura perpendicular ao eixo do cord o de soldadura Tens o de corte provocada por esfor o transverso M dulo de Elasticidade ou M dulo de Young Momento flector Esfor o axial Esfor o transverso Espessura de um cord o de soldadura Di metro nominal do parafuso Corrente Coeficiente de seguran a Espessura do componente Tensao Circuito Hidraulico V Cilindrada da bomba hidraulica Ny Rendimento volum trico da bomba A rea do mbolo do cilindro Hidr ulico P Pot ncia Q Caudal S Curso do mbolo do cilindro hidr
60. idos do ensaio a cadeia de medida tem de garantir a maior precis o poss vel na leitura dos ngulos Il A estrutura de suporte deve ter uma resist ncia mec nica adequada para suportar o Conjunto Travessa de Carga Travessa Dancante e manter sempre uma boa estabilidade Por forma a garantir a seguranca dos operadores a estrutura de suporte tem de ser est vel e evitar a queda lateral em situac es de emerg ncia sismos acidentes com m quinas de transporte de armaz m etc lil A estrutura dever ser r gida por forma a que deslocamento m ximo seja menor que L 300 A estrutura dever ser suficientemente r gida de modo a evitar pequenas oscila es que possam ocorrer durante o ensaio e perturbar as medi es dos ngulos IV A espessura m nima dos componentes dever ser de Constrangimento imposto pelo Euroc digo 3 e aceite como adequado para a constru o em Causa 1 4 Normas C digos Regulamentos Como um dos objectivos desta disserta o fazer o dimensionamento do banco de ensaio com base em normas c digos de projecto para projectar o suporte do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante tem se por base a NP EN 1993 Euroc digo 3 Projecto de estruturas de a o uma vez se trata de uma estrutura met lica de a o estrutural Apesar de este c digo ser para o projecto de estruturas met licas ele est direccionado para o projecto de edif cios e de outras obras de engenharia civil em a o S
61. il cantoneira nao sim trico tem de se determinar o ponto de aplica o da for a para que se possa calcular os comprimentos dos cord es por forma a evitar os momentos parasitas 44 Figura 2 16 Perfil cantoneira com centr ide Liga o do componente com b Fc 2638 l gt lt 38mm a 2 83mm C lculo das forcas de cada cordao atrav s das equa es de equil brio para evitar momentos parasitas 0 gt 30 8 96Fc F 788 Figura 2 17 Detalhe da liga o do componente c com b Atrav s da condi o de distribui o uniforme de tens es vem ALR GALE Sl I 2881 0 431 Ay As a l5 1850 1 38 _ 16 mm O 10 38 16 54mm Neste caso s temos a componente Fc _ 2638 ltot 2 83 54 J3 x 1 x 17 262 29 9 MPa lt 221 18 MPa 17 26 MPa Ty 45 e Liga o do componente com d 2307 N l gt lt 99 mm L lt 69 mm a 2 83 mm Calculo das for as de cordao atrav s das equa es de equil brio para evitar momentos parasitas 0 lt gt 307 8 96 F 689 N Figura 2 18 Detalhe da liga o do 0 F F Fc F 1618 N 46 componente e com d Atrav s da condi o de distribui o uniforme de tens es tem se 5 8 0 431 Ay As 1 1618 1 70 E 240 7 O lot 30 70 100 mm N
62. in metros das bielas 21 Figura 1 17 Condicionamento de 22 Figura 1 18 Montagem do 24 Figura 1 19 Posicionamento relativo dos dois cavaletes 24 Figura 1 20 Montagem das vigas longitudinais da 24 Figura 1 21 Montagem das vigas transversais da base 25 Figura 1 22 Montagem dos elementos de cantoneiras 25 Figura 1 23 Montagen FINA u aldo cod aa fatu 26 Figura 2 1 Primeiro conceito da estrutura de 31 Figura 2 2 Detalhe das molas da suspens o secund ria ear 32 Figura 2 3 Conceito final da estrutura de 32 Figura 2 4 Diagrama de Corpo Livre da estrutura si 34 Figura 2 5 Perfis utilizados nos elementos da estrulura a 35 Figura 2 6 DEL do CIMENTO 36 Figura 2 7 DOLL do da 37 Figura 2 8 Diagrama de esfor os do elemento 37 Figura 2 9 DOL do Clemente O z puas Ta Sant uma aka 39 Figura 2 10 Diagrama de esfor os do eleme
63. ma m quina de leitura de coordenadas Leica Laser Tracker LTD709 com um software associado a partir do qual sao determinadas as posi es relativas das quatro bielas Figura 1 1 Conjunto Travessa de Carga Travessa Dancante no suporte existente O objectivo deste trabalho o projecto de um banco de ensaios em que utilizando os cilindros hidr ulicos do pr prio Conjunto Travessa de Carga Travessa Dancante actuados por um circuito leo hidr ulico seja simulado o movimento de pendulac o do comboio e verificadas as posic es relativas das quatro bielas sendo tudo controlado atrav s de um computador que comanda circuito leo hidr ulico e l constantemente o ngulo entre travessa de carga e a travessa dan ante Atingido valor esperado neste caso concreto de 8 o computador deve verificar o deslocamento angular das quatro bielas e comparar com o deslocamento angular te rico dado pelo fabricante 1 2 Descri o do Ensaio Realizado Actualmente Para medirem os ngulos relativos das quatro bielas e o deslocamento angular de 8 entre a travessa de carga e a travessa dan ante utilizada uma m quina laser de medi o de coordenadas j existente na empresa A utiliza o desta m quina requer que o objecto onde se fazem as medi es se mantenha fixo uma vez que esta mede todas as dist ncias em rela o sua posi o fixa Posteriormente s o calculadas as dimens es pretendidas Com o requisito de ter
64. nto 39 Figura 2 11 Posicionamento do centro de nnne nnn nnns 41 Figura 2 127 Estrutura Inelifiada de459 ee ta 41 Figura 2 19 DOL do eleelllo auk oa 42 Figura 2 14 Esquema de for as no 43 Figura 2 15 Esquema de esfor os no apoio ved ra bag Pe e 43 vii Figura 2 16 Figura 2 17 Figura 2 18 Figura 2 19 Figura 2 20 Figura 2 21 Figura 2 22 Figura 2 23 Figura 2 24 Figura 2 25 Figura 2 26 Figura 2 27 Figura 2 28 Figura 2 29 Figura 2 30 Figura 2 31 Figura 2 32 Figura 2 33 Figura 2 34 Figura 2 35 Figura 2 36 Figura 2 37 Figura 2 38 Figura 2 39 Figura 2 40 Figura 2 41 Figura 2 42 Figura 2 43 Figura 2 44 Figura 2 45 Figura 2 46 Figura 2 47 Figura 2 48 Figura 2 49 Vill Perfil cantoneira com 45 Detalhe da liga o do componente com 45 Detalhe da liga o do componente e com d 46 Detalhe da liga o do componente f com a 46 Detalhe da liga o do componente e com 2 47 Detalhe do cord o 3 0 ccc 48 Detalhe da liga o do componente f com b
65. ntos angulares das bielas e da travessa de carga 15 Figura 1 10 Pormenor do assentamento da Travessa Dan ante nos apoios da estrutura 1 6 2 Consola m vel Ap s a execu o das etapas de projecto da consola m vel obteve se uma solu o para a mesa m vel uma solu o para o circuito hidr ulico e uma solu o para o circuito electr nico 1 6 2 1 Carro m vel O conceito gerado para a mesa m vel est ilustrado na figura 1 11 710 Figura 1 11 Conceito do carro movel Esta mesa possui um compartimento inferior para colocar o circuito hidr ulico grupo de pot ncia v lvulas uma base para colocar um computador port til e um conjunto de bot es bot o de emerg ncia e bot es para accionamento manual das v lvulas Como o fabrico desta mesa ser mais dispendioso que a compra de uma existente no mercado que sirva para as mesmas circunst ncias optou se por comprar a mesa que est ilustrada na figura 1 12 Figura 1 12 Mesa m vel a adquirir do fabricante FACOM Esta mesa fabricada pela FACOMP com a refer ncia 2703PB e tem como principais caracter sticas Dimens es Cx Lx A 1092 x 617 903 mm Peso 54 0 Kg A este carro ser o adaptados o circuito hidr ulico circuito electr nico os bot es para accionamento manual 17 1 6 2 2 Circuito hidraulico A solugao encontrada para o circuito hidraulico que ira actuar nos cilindros hidraulicos do conjunto Traves
66. o circuito hidr ulico e ao fabrico do circuito electr nico Para o c lculo dos custos de fabrico da estrutura de suporte foram tidos em conta os custos e os tempos de fabrico da empresa EMEF A mat ria prima ser a existente no armaz m Caso n o exista em stock ser comprada e o que sobrar ficar em stock para outro fim n o sendo por isso contabilizado o desperd cio de material 26 Assim temos os seguintes custos unit rios e Mat ria prima A o estrutural 0 6 Kg e Transforma o da mat ria prima 1 Kg e Custo de montagem m o de obra 31 5 h Para o tempo de fabrico a empresa alega 70 h ton Tendo em conta que a estrutura pesa cerca de 180 Kg obtem se um tempo de fabrico de h Kg Tempo total da montagem 70 1000 x 180 Kg 12 6 A ton ton A tabela 1 7 apresenta os custos do fabrico da estrutura de suporte 684 90 Tabela 1 8 Estimativa de custos do fabrico da estrutura de suporte Para se saber custo de aquisi o de um carro m vel foi consultado o cat logo do fabricante FACOM A tabela 1 8 apresenta refer ncia o custo do carro m vel Carrinho para cargas pesadas FACOM 2703PB 589 Tabela 1 9 Custo de aquisi o do carro m vel Quanto ao circuito hidr ulico foi contactada a empresa CUDELL Engenharia amp Servi os com o intuito de verificar os componentes existentes no mercado e os seus custos de aquisi o A empresa CUDELL ven
67. o componente f para suportar o esfor o do peso juntamente com o componente a quando a estrutura est inclinada e Componente f ou 2 ver figura 2 3 este componente ent o adicionado para aumentar o coeficiente de seguran a de 1 33 tratado como uma barra com perfil cantoneira e verificada a sua resist ncia na condi o de suportar todo o esfor o devido a p 42 Para calcular o valor de faz se um somat rio de momentos em B P cos 44 6 x 985 F sin 52 8 x 1000 7477 tens o normal na barra f dada por _ Fr 7477 On 33 2 MPa A 225 O factor de seguran a igual a P uin 295 ON 33 2 Figura 2 14 Esquema de for as no elemento f Como estas barras est o compress o tem de se verificar a carga cr tica de instabilidade 2 2 T EI 210000 18000 pe Eu ca 29649 N 12 12562 Factor de seguran a de instabilidade 212 Ff 7477 Verifica se que as barras f n o instabilizam pois F lt Por e Apoio ou 3 ver figura 2 3 neste componente importante verificar a resist ncia do tubo que o constitui aos esfor os ilustrados na figura 2 15 P I Figura 2 15 Esquema de esfor os no apoio Este tubo est sujeito a um esfor o de compress o P que provoca tens es normais e a um esfor o transverso 0 3 P que provoca apenas tens es de corte porque a superf cie superior est constrangida
68. o deslocamento angular de 8 da travessa de carga em rela o travessa dan ante 1 3 Especifica es do Projecto do Banco de Ensaios do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante Em seguida apresentam se os requisitos e os constrangimentos do projecto 1 3 1 Requisitos do Projecto O Banco de ensaios tem de ter capacidade de inclinar a travessa de carga 8 em rela o a travessa dan ante Il O Banco de ensaios dever ser projectado tendo em atenc o as normas e c digos em vigor Sendo o suporte do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dancante uma estrutura met lica esta vai ser projectada de acordo com o Euroc digo 3 NP EN 1993 Projecto de estruturas de aco consola que cont m o grupo de pot ncia hidr ulico dever cumprir os requisitos impostos pela Directiva M quinas que regula todos os tipos de m quinas da uni o europeia Uso de perfis componentes normalizados Todos os perfis de a o que comp em a estrutura de suporte dever o ser normalizados e de f cil aquisi o Componentes como parafusos porcas anilhas e olhais tamb m dever o ser normalizados bem como os outros componentes necess rios ao projecto IV O banco de ensaios dever ter o menor peso poss vel Tendo em conta que o peso um elemento preponderante no projecto tanto a estrutura como a consola dever o ser o mais leves poss vel visto que o peso e o custo est o directamente relacionados V O banco de en
69. o tempo que compara o ngulo de inclina o instant neo com o pretendido Acciona a v lvula solen ide quando a diferen a do ngulo de inclina o instant neo com o ngulo pretendido for menor que 2 para uma inclina o lenta a fim de garantir precis o nos resultados obtidos Atingida a inclina o pretendida da travessa de carga 8 l os valores dos inclin metros das 4 bielas e subtrai o valor inicial memorizado a fim de obter o valor relativo de inclina o Actua na v lvula direccional para inclinar a travessa de carga para o lado oposto Acciona a v lvula solen ide quando a diferen a do ngulo de inclina o instant neo com o ngulo pretendido for menor que 2 Atingida a inclina o pretendida da travessa de carga do lado oposto volta a ler os valores dos inclin metros das 4 bielas e volta a subtrair o valor inicial memorizado a fim de obter o valor relativo de inclina o do lado oposto Acciona a v lvula direccional para colocar as travessas paralelas Mostra ao operador os resultados obtidos para este os guardar sempre num ficheiro e ou imprimir 1 7 Montagem e fabrico da estrutura de suporte Neste cap tulo est descrito o processo de montagem e fabrico da estrutura de suporte 1 2 Fabricar algumas pe as que est o identificadas nos desenhos t cnicos da estrutura e comprar as restantes parafusos e olhais Com as pe as n meros 2 e 9 montar os 2 cavaletes como mostra a figura 1 18
70. oncentrada na sua raiz que as tens es est o distribu das uniformemente pela espessura do cord o Figura 1 6 Componentes das tens es num cord o de soldadura Neste m todo o valor de c lculo da resist ncia do cord o de ngulo suficiente se forem satisfeitas as duas condi es seguintes 2 2 2 0 5 lt 02 3 22 lt x 9 0 9 gt 10 YM2 Em que o valor da tens o de ced ncia trac o da pe a ligada mais fraca By um factor de correla o apropriado obtido da tabela 1 5 Na tabela 1 5 s o apresentados os valores para o factor de correla o fwy 11 5 235 o 235 W Norma classe do aco Factor de correla o EN 10025 Bw S 275 M ML S 355 S 355 N NL 5 355 ML 5 355 W 5 420 M ML S 460 N NL S 460 M ML 1 0 5 460 Q QL QL1 Tabela 1 5 Factor de correla o By 1 5 Metodologia Utilizada Este projecto esta dividido em 2 partes Projecto da estrutura de suporte do conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante projecto da consola m vel com o circuito hidr ulico e com circuito electr nico 1 5 1 Projecto da estrutura de suporte do conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante O projecto da estrutura de suporte est dividido em 4 etapas 1 Gera o de conceito Na primeira etapa foram levantadas as vantagens e desvantagens da estrutura de suporte j existente na EMEF Tendo se conclu do que a presente estrutura apresen
71. ores de posicionamento angular inclinometros Junho de 2011 RS Components Distribuidor de componentes electr nicos Online http pt rs online com web Junho de 2011 Legrand Cat logo de componentes el ctricos Online http www e catalogue legrandgroup com portugal index html showT arif true Junho de 2011 Cudell leo Hidr ulica Automac o Industrial Cat logo 201 1 Facom Cat logo Ac es Especiais 2010 71 5 Anexos Anexo Catalogo de Perfis UPN Grupo Ferpinta ERFIL UPN Momentos de Inercia Mod de Resist ncia Raio de Gira o Dimens es mm 72 Anexo Catalogo de Cantoneiras Grupo Ferpinta CANTONEIRAS Dt Dimens es Massa Momentos de mm Linear Inercia Mod de Resist ncia Raio de gira o Espessura 13 Anexo C Catalogo de Perfis Ocos Circulares Grupo Ferpinta PERFIS OCOS CIRCULARES EN 10219 1 2 Sz35 JRH S275J0H 3355J2H 10025 2 Designa o do a o I Momento de In rcia cm W M dulo Resist ncia El stico cm i Raio de Gira o CARACTER STICAS T CNICAS 74 Di metro mm D zpessura mm T Tubos por Atado Massa Linear kg m 63 70 37 uu 41 00 45 70 Momento 4345 00 kj ra OF 2184 57 iW M dulo Resist ncia ema 0 54 0 62 4 nr 221 00 274 00 301 34 340 00 i Raio Anexo D APDL An lise de Tensoes e Deslocamentos FINISH CLEAR
72. r 183592 Shear Center 2 183592 Shear Corr YY 453327 Shear Corr YZ 003124 Shear Corr 22 453327 Figura 2 32 Perfil L 30x30x4 gerado pelo ANSYS 56 SECTION ID 3 x Centroid ShearCenter DATA SUMMARY Section Name PlacaApo 146 08 Warping Constant 121 09 Torsion Constant 86267 Centroid Y 140E 14 Centroid Z 2 5 Shear Center 537E 13 Shear Center 2 107 11 Shear Corr YY 842105 Shear Corr YZ 339E 13 Shear Corr ZZ 842105 Figura 2 33 Perfil da placa dos apoios gerado pelo ANSYS 2 2 5 3 Condicoes de Fronteira e Carregamentos Utilizados As for as utilizadas para a realiza o da an lise estrutural sao as mesmas for as consideradas no Euroc digo 3 Um caso em que se tem a for a vertical P 3805 N e a for a horizontal 0 3P 1141 5 N transversal e outro caso em que se tem a for a vertical P 3805 Ne a for a horizontal 0 3P 1141 5 N longitudinal Como a plataforma est assente no ch o considera se como a aproxima o mais severa deslocamento vertical e horizontal dos 8 pontos que est o nos extremos da base da estrutura Na Figura 2 34 est o apresentados os constrangimentos aplicados e o ponto de aplica o das for as pelas setas a vermelho 57 Figura 2 34 Estrutura em elementos finitos com for as e constrangimentos aplicados Considera se que cada elemento finito tem um comprimento de 100 mm para ob
73. remidades G e J pelo que os esfor os impostos pelo componente b s o anulados directamente pelos apoios 38 Figura 2 9 DCL do elemento d Pelas equa es de equil brio est tico calculam se os valores das reac es nos apoios 0 e Ryg Fe sin 45 Fe sin 45 Ry 0 gt Fy 0 Rug Fe cos 45 Fe cos 45 Ry 0 0 Fesin 45 x 700 Fe sin 45 x 1444 Ry x 2144 0 Rug Ry reac es horizontais divididas igualmente pelos 2 apoios Resolvendo o sistema de equa es obt m se Ry 566 N 1631 1631 M N mm 396200 Figura 2 10 Diagrama de esfor os do elemento d Atrav s do diagrama de esforcos verifica se que esta viga tem dois pontos cr ticos H e J com iguais valores de esforcos V 1065 396200 N mm 39 N 1630 N C lculo de tens es devidas ao momento flector My 396200 40 Om 14 95 MPa M m 1 06 106 C lculo de tens es devidas ao esfor o axial N 1630 1 48 N A 1100 _ 2144 _ Como a viga esbelta 26 8 gt 10 n o necess rio ter em conta as tens es de L H corte provocadas pelo esfor o transverso Assim a tens o equivalente de von Mises vale Oym y Oy 16 43 MPa 2 LI 35 Com um coeficiente de seguran a n eim 14 3 16 43 Componente 1 ver figura 2 3 este componente viga
74. ronteira FLST 2 4 3 ORDE 4 FITEM 2 2 FITEM 2 3 FITEM 2 12 FITEM 2 13 GO DK P51X 0 UX UY UZ FLST 2 4 3 ORDE 4 FITEM 2 1 FITEM 2 4 FITEM 2 11 FITEM 2 14 GO DK P51X 0 78 as Forcas FLST 2 4 3 ORDE 4 FITEM 2 6 FITEM 2 8 FITEM 2 16 FITEM 2 18 GO FK P51X FZ 1141 5 FLST 2 4 3 ORDE 4 FITEM 2 6 FITEM 2 8 FITEM 2 16 FITEM 2 18 GO FK P51X FY 3805 Obtem Solucao SOL Solve FINISH Resultados POST1 ESHAPE 1 0 FX Transversal ou FZ Longitudinal Mostra o grafico das tensoes equivalentes PLNSOL S EQV Mostra o campo de deslocamentos PLNSOL U SUM Verifica o da estrutura inclinada a 45 FINISH CLEAR NOPR PMETH OFF 0 KEYW PR_SET 1 KEYW PR STRUC 1 KEYW PR THERM O KEYW PR FLUID O KEYW PR ELMAG 0 KEYW MAGNOD 0 KEYW MAGEDG 0 KEYW MAGHFE 0 KEYW MAGELC O KEYW PR MULTI O KEYW PR 0 GO Indica que se trata de um problema estrutural 79 PREP7 Insere os Keypoints K 0 0 1112 K 760 0 1112 K 1240 0 1112 K 2000 0 1112 K 760 780 1112 760 1000 1112 K 1240 780 1112 K 1240 1000 1112 K 760 0 332 K 1240 0 332 K 0 0 1112 K 760 0 1112 K 1240 0 1112 K 2000 0 1112 K 760 780 1112 K 760 1000 1112 K 1240 780 1112 K 1240 1000 1112 K 60 0 332 K 1240 0 332 Insere as Linhas L 2 1 L 3 2 L 4 3 L 2 9 L 9 19 L 19 1
75. rutura de suporte est sobre dimensionada a sua rigidez garante precis o na medi o dos ngulos pretendidos o principal requisito deste projecto Tamb m foram dimensionados e seleccionados os componentes do circuito hidr ulico e do circuito electr nico Em estudos futuros poder optimizar se ou desenvolver se o circuito electr nico uma vez que este est muito simples e pouco robusto ao ru do e precis o dos pr prios componentes e os sensores inclin metros seleccionados s o caros Em rela o ao carro m vel optou se por comprar um j fabricado em s rie por ficar muito mais barato que a constru o de um novo muito importante que um engenheiro ao projectar um componente tenha sensibilidade para os custos de fabrico a fim de minimizar os mesmos Futuramente poder ser desenvolvido projectado um novo banco de ensaios mais eficiente e possivelmente mais barato Sendo a ind stria ferrovi ria uma refer ncia da engenharia mec nica em Portugal na rea da manuten o h ainda muito trabalho a fazer em inova o e desenvolvimento nomeadamente na cria o de bancos de ensaios e ferramentas especiais para facilitar o trabalho aos oper rios e reduzir os custos de manuten o do equipamento ferrovi rio Tamb m s o muito importantes as parcerias entre empresas e universidades j que proporcionam aos alunos um maior contacto com a ind stria e com o mercado de trabalho mesmo antes de terminarem os cursos superior
76. sa de Carga Travessa Dan ante para inclinar a travessa de carga esta esquematizada na figura 1 12 Na tabela 1 6 est o identificados todos os componentes identificados na figura 1 12 1 Desta Do Motor El ctico sooW ooo SAUER Bomba de Engrenagens DANFOSS SNP 1 4 3 DC O 01 1 V lvula Solen ide OLEOSTAR VE B 38 NA 10 1 11 1 V lvula Direccional de Gaveta a 13 1 V lvula de Reten o Pilotada sandwich 2256 6X 14 Acoplamento Rapido 3 8 Macho CEJN CEJN 3 8 365 F mea 15 2 Cilindros Hidr ulicos Do pr prio comboio Tabela 1 7 Identifica o dos componentes do circuito hidr ulico V lvula Reguladora de Caudal SRVR 10 1 1 0 Compensada 18 CS LJ E DOM AA mem AO a mt AXES Figura 1 13 Esquema do circuito hidraulico 19 Este circuito consiste num grupo de pot ncia num conjunto de v lvulas de comando el ctrico O grupo de pot ncia possui um reservat rio de 40 litros ao qual acoplado um motor el ctrico 4 e uma bomba hidr ulica 5 sa da da bomba colocado um filtro de press o 7 para garantir a qualidade do leo que vai circular nas v lvulas e no circuito hidr ulico do bogie por forma a evitar a contamina o do circuito do bogie e posteriormente do comboio Ainda no grupo de pot ncia colocado um manometro de press o 8 uma v lvula reguladora de press o e seguran a 9 e um filtro de retorno para filtr
77. saios devera ser transportavel Como n o um local fixo definido para colocar o banco de ensaios nem para a realiza o dos ensaios tanto a estrutura como a consola dever o ser f ceis de transportar a fim de facilitar o seu manuseamento VI O ensaio dever ser feito de forma autom tica e num intervalo de 10 minutos Com o objectivo de poupar tempo pretende se que apenas pressionando um bot o a consola tenha a capacidade de efectuar o ensaio automaticamente num intervalo de 5 minutos VII A consola dever ter tamb m dispositivos de comando manual A consola dever ter dispositivos de comando manual para que o operador possa realizar o ensaio manualmente caso seja necess rio VIII A Consola dever ter um dispositivo de paragem de emerg ncia A consola dever ter um dispositivo de paragem instant nea para que em qualquer situa o de emerg ncia a seguranca dos operadores esteja garantida IX Os dispositivos deverao estar marcados com clareza e terem uma boa visibilidade Todos os dispositivos de emerg ncia e de comando t m de estar vis veis e sinalizados com clareza para que o seu uso seja intuitivo X Emiss o autom tica dos relat rios de ensaio Ap s a realizac o de cada ensaio o software de controlo deve emitir um relat rio com os resultados obtidos nos ensaios 1 3 2 Constrangimentos do Projecto l A medicao dos ngulos dever ser precisa Por forma a garantir a qualidade dos resultados obt
78. stente actualmente na EMEF 2 Figura 1 3 Ferramentas especiais usadas nos ensaios realizados at ao momento 3 Figura 1 4 Comprimentos dos cord es em soldadura descont nua 10 Figura 1 5 Espessura dos cord es de 10 Figura 1 6 Componentes das tens es num cord o de soldadura 11 Figura 1 7 Estrutura de suporte final do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante 14 Figura 1 8 Estrutura com o conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante 15 Figura 1 9 Detalhe dos deslocamentos angulares das bielas e da travessa de 15 Figura 1 10 Pormenor do assentamento da Travessa Dan ante nos apoios da estrutura 16 Figura LT COMCEIO dO carloMOVEl uu u oue lee esa hee deu Lg 16 Figura 1 12 Mesa m vel a adquirir do fabricante 000 208046000000 17 Figura 1 19 Esquema do cifculto hidiailie O2 abs ed Des 19 Figura TA Cadela de ACIIA O isa u a 21 Figura 1 15 Cadeia de Medida dos inclin metros das travessas 21 Figura 1 16 Cadeia de Medida dos incl
79. tava uma s rie de desvantagens desenvolveu se uma estrutura nova por forma a corrigir essas desvantagens 2 Verifica o estrutural Depois de gerado o conceito da nova estrutura procedeu se sua verifica o estrutural primeiro seguindo as indica es do Euroc digo 3 e posteriormente pelo m todo num rico M todo dos Elementos Finitos recorrendo ao software ANSYS Foi verificada a resist ncia de todos os elementos que constituem a estrutura bem como a resist ncia das liga es dos elementos No final compararam se os resultados para se verificar a fiabilidade dos mesmos 3 Montagem e fabrico da estrutura Estando a estrutura projectada elaborou se um plano para a montagem e fabrico da estrutura 12 4 Estimativa de custos A ultima etapa consistiu numa estimativa dos custos de fabrico da estrutura e dos restantes sistemas componentes do sistema de actua o medi o 1 5 2 Projecto da consola movel O projecto da consola movel composta por uma mesa movel que suporta um grupo de pot ncia hidr ulico e um circuito electr nico para medir os ngulos requeridos foi elaborado em 3 etapas 1 Gera o do conceito da mesa m vel Para gerar o conceito da mesa m vel foram levantados todos os requisitos e constrangimentos de projecto impostos pela EMEF a mesa m vel tinha de ter a capacidade de suportar um circuito hidr ulico e um computador tinha de ser f cil de transportar e tinha de possuir um conjunto de bot
80. ter um resultado mais detalhado dos estados de tens es e dos campos de deslocamentos 2 2 5 4 Campo de Tens es Os campos de tens es obtidos para os dois casos de carga P vertical 0 3P longitudinal e P vertical 0 3P transversal est o representados nas figuras 2 35 e 2 36 NODAL SOLUTION STEP 1 SUB 1 TIME 1 SEQV AVG DMX 061666 SMN 001221 SMX 7 236 Figura 2 35 Distribui o de tens es com a for a 0 3P transversal 58 NODAL SOLUTION STEP 1 SUB 1 TIME 1 SEQV AVG DMX 6459 SMN 002748 SMX 53 814 002748 Figura 2 36 Distribui o de tens es com for a 0 3P longitudinal Da an lise das figuras 2 35 2 36 podem se tirar algumas conclus es Verifica se que foi uma boa aproxima o considerar que as cantoneiras eram barras na an lise estrutural pelo m todo anal tico uma vez que nos resultados obtidos pelo M E F as cantoneiras apresentam um campo de tens es uniforme Tamb m se verifica que todas as tens es obtidas pelo M E F s o iguais ou inferiores s obtidas pelo m todo anal tico o que mostra uma coer ncia dos resultados 2 2 5 5 Campo de Deslocamentos Os campos de deslocamentos obtidos em ambos os casos de carga est o representados nas figuras 2 37 2 38 59 NODAL SOLUTION STEP 1 SUB 1 TIME 1 USUM AVG RSYS 0 DMX 061666 SMN 259E 04 SMX 061666 Figura 2 37 Campo de deslocamentos com a forca 0 3P Transversal NODAL SO
81. tura de suporte 27 Tabela 1 9 Custo de aquisi o do carro 20 000001100 27 Tabela 1 10 Estimativa de custos do fabrico do circuito hidr ulico 28 Tabela 1 11 Estimativa de custos do fabrico do circuito hidr ulico 29 Tabela 1 12 Estimativa de custos do fabrico do banco de ensaios 29 Tabela 2 1 Legenda da figura 2 3 33 Tabela 2 2 Propriedades do aco a utilizar 8235 EN10025 2 33 Tabela 2 3 Peso do Conjunto Travessa de Carga Travessa Dan ante 35 Tabela 2 4 Propriedades das sec es dos perfis UPN 80 e 35 Tabela 2 5 Propriedades da se o do tubo D244 5 36 Tabela 2 6 Peso total da estrutura com o conjunto de travessas 41 1X Lista de Siglas EMEF Empresa de Manuten o de Equipamento Ferrovi rio CP Comboios de Portugal NP Norma Portuguesa EN European Norm Norma Europeia DAQ Data Acquisition Aquisi o
82. y Oy 17 8 MPa 37 E 235 Com um coeficiente de seguran a n 220 13 2 17 8 Como esta viga esta tem de se verificar a carga critica instabilidade TZEI n x210000x194000 P 12 CC Mo 402087 N Factor de seguran a de instabilidade n u 74 Verifica se que as vigas b nunca instabilizam pois N lt P Componente ou 8 ver figura 2 3 este componente tamb m tratado como uma barra com o perfil cantoneira mas que suporta todo o esfor o 0 3 P na direc o longitudinal Da an lise do componente b retira se directamente a for a Fe a que o componente e est sujeito donec O cos 45 cos 45 A tens o normal provocada por esta for a vale gy Z 10 25 MPa 5 Ac 22 O factor de seguranca igual a Cadi 2892 4 ON 10 25 Como estas barras para al m de trabalharem trac o tamb m trabalham compress o tem de se verificar a carga cr tica de instabilidade m EI _ n x210000X18000 or amp 38064 Factor de seguran a de instabilidade n a T 16 5 Verifica se que as barras e tamb m nunca instabilizam pois Fe lt P Componente ou 9 ver figura 2 3 Este componente a viga longitudinal da base 17 5 com o perfil UPN 80 que devido aos esfor os impostos pelos componentes e est sujeita a alguma flex o Est apoiada nas ext

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