Projeto Semi Reboque

7/27/2019 Projeto Semi Reboque

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MINISTRIO DA EDUCAO

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS DE SEMI-REBOQUES CANAVIEIROS

por

Vagner do Nascimento

Dissertao para obteno do Ttulo deMestre em Engenharia

Porto Alegre, Junho de 2009.


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DESENVOLVIMENTO DE PROJETOS DE SEMI-REBOQUES CANAVIEIROS

por

Vagner do NascimentoEngenheiro Mecnico

Dissertao submetida ao Corpo Docente do Programa de Ps-Graduao emEngenharia Mecnica, PROMEC, da Escola de Engenharia da Universidade Federal do RioGrande do Sul, como parte dos requisitos necessrios para a obteno do Ttulo de

Mestre em Engenharia

rea de Concentrao: Processos de Fabricao

Orientador: Prof. Vilson Joo Batista, Dr. Eng.

Comisso de Avaliao:

Prof. Joyson Luiz Pacheco, Dr. Eng.UFRGSPROMEC/EE

Prof. Antnio Lilles Machado Tavares, Dr. Eng.UFPelFAEMDER

Prof. Luiz Carlos Gertz, Dr. Eng.ULBRACanoasRS

Prof. Arnaldo Ruben Gonzalez, Dr. Eng.UFRGSDEMEC/EE

Prof. Horcio Antnio Vielmo, Dr. Eng.Coordenador do PROMEC

Porto Alegre, Junho de 2009.


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iii

O conhecimento o diferencial em

qualquer situao e momento da vida.

Vagner do Nascimento


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iv

Dedico este trabalho minha me

Elenir e ao meu irmo Sander.


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AGRADECIMENTOS

empresa Randon Implementos, pela disponibilizao de todos os recursos utilizados para

execuo deste trabalho e especialmente a Gilmar Poletto Neves, pela liberao de todos os

dados indispenssveis para o xito deste trabalho.

Ao meu amigo e colega de mestrado, Vicente Bergamini Puglia, pelas vrias ajudas

prestadas no final da execuo desta dissertao e pelos vrios momentos de estudo e

descontrao durante a execuo das cadeiras do mestrado.

Aos meus amigos e colegas de trabalho, Leonardo Hoss e Tiago Martins Alfonso, pelas

dicas e ajuda importantes em muitos momentos.

minha namorada, Mnica, pela compreenso em todos os momentos de ausncia, e pelo

incentivo concluso deste trabalho.

Ao meu orientador, Professor Dr. Vilson Joo Batista, pela orientao e oportunidade.


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RESUMO

No presente trabalho apresenta-se um estudo de caso com auxlio de uma metodologia

sistemtica para aplicao de mtodos estruturados ao desenvolvimento de novos produtos em

uma indstria do ramo de implementos rodovirios. Considerando os implementos rodovirios

como produtos industriais, pretende-se trabalhar as formas e processos de criao e

aperfeioamento na gerao de idias e busca por solues at a fase do projeto final de um novo

produto. Tambm, foram considerados os processos de fabricao, modelamento do produto, e

anlises estruturais numricas, que so ferramentas de auxlio na otimizao do produto final.

Paralelamente, foram consideradas as informaes dos testes experimentais para auxiliar e

validar as anlises estruturais numricas, contribuindo desta forma para o aperfeioamento de

requisitos na fase do projeto de produto, antes de sua fabricao e lanamento no mercado.

Assim, este estudo apresenta como foco o desenvolvimento de um semi-reboque para transporte

de cana picada, com o intuito de exemplificar e aplicar de forma prtica as ferramentas estudadas

e seus respectivos usos no produto em questo. Os testes de campo foram instrumentados com

sensores extensomtricos resistivos para coleta de dados de nveis de tenso e posterior

comparao com as anlises numricas. Os dados do produto, na fase de testes experimentais,

foram obtidos em condies reais de trabalho junto a uma usina do setor sucro alcooleiro.

Finalmente, considerando-se os resultados de desempenho do produto, semi-reboque rodotrem

para transporte de cana picada, pode-se identificar que o uso de uma metodologia de referncia

para o desenvolvimento de produto, apoiada por ferramentas de anlise estrutural, com testes de

campo instrumentados, so confiveis e teis aos profissionais da engenharia de projeto e

manufatura.

Palavras chave: Projeto do Produto, Engenharia da Mobilidade, Implemento Rodovirio,

Projeto Conceitual, Anlise Estrutural Numrica, Teste Experimental.


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ABSTRACT

Design development of sugar cane crop semi-trailers

In this paper work, a case study using a systematic methodology is presented to apply

structured methods for designing new products in an industry of road implements field.

Considering the road implements as industrial products, it is intended to deal with forms and

processes of developing ideas and improving the generating of ideas and quest of solutions until

the final phase project of a new product. The manufacturing process will also be taken into

consideration, besides the modeling of the product and numerical structural analysis which are

tools to help optimize the final product. In addition, will be taken in considerations the

information of experimental tests to avail and validate the numerical structural analysis,

and through it contribute to the improvement of requirements during the design of the product

before its manufacture and market launch. This study presents the development of a semi-trailer

to transport chopped sugar cane, with the purpose of exemplify and put on practice the tools

which are studied and their uses applied in the product concerned. The field tests

were instrumented with strain gage sensors to collect data on tension levels for later comparison

to numerical analysis. This way, it is expected to have reliable data as the product will operate in

a plant following through real work situations during these experimental tests. Finally,

considering the results of product performance - road train semi-trailer to transport chopped

sugar cane - can be identified in this study that the use of a method of reference to product

development, supported by structural analysis tools, and instrumented field tests are reliable and

extremely useful to the professional activities of design and manufacturing engineering.

Keywords: Product Project, Mobility Engineering, Road Implements, Conceptual Project,

Numerical Structural Analysis, Experimental Test.


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NDICE

1 INTRODUO ...................................................................................................................... 1

1.1 Objetivo Geral ................................................................................................................. 1

1.2 Objetivo Especfico ......................................................................................................... 2

1.3 Justificativa...................................................................................................................... 2

1.4 Estrutura do Trabalho ...................................................................................................... 2

2 REVISO BIBLIOGRFICA .............................................................................................. 4

2.1 Aspectos Bsicos do Projeto Conceitual ......................................................................... 4

2.2 Procedimento Sistemtico para o Desenvolvimento de um Produto .............................. 4

2.2.1 Engenharia de Sistemas ............................................................................................... 5

2.2.2 Anlise de valores ....................................................................................................... 6

2.2.3 Mtodos de Projeto...................................................................................................... 7

2.3 Planejamento do Produto ................................................................................................ 8

2.3.1 Execuo do Planejamento do Produto ....................................................................... 8

2.3.2 A Prtica do Planejamento do Produto ..................................................................... 12

2.4 Mtodos de Soluo com nfase Intuitiva .................................................................... 12

2.5 Anlise dos Modos de Falha e seus Efeitos (FMEA) .................................................... 13

3 EXECUO DO PROJETO .............................................................................................. 15

3.1 Planejamento do Produto .............................................................................................. 15

3.1.1 Anlise da Situao e Formulao de Estratgias de Busca ...................................... 15

3.1.2 Busca de idias para o produto .................................................................................. 15

3.1.3 Seleo de idias de produto ..................................................................................... 16

3.1.4 Definio de produtos ............................................................................................... 16

3.2 Concepo de Produto ................................................................................................... 16

3.2.1 Anlise Crtica da Verificao do Projeto ................................................................. 17

3.2.1.1 Clculo do Volume da Caixa de Carga ................................................................. 17

3.2.1.2 Sistema de descarga ............................................................................................... 18

3.2.2 Desenvolvimento e Montagem de Projeto de Produto .............................................. 20

3.2.2.1 Projeto Preliminar do produto ............................................................................... 20

3.2.2.2 Projeto do Chassi do Semi-Reboque ..................................................................... 22


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ix

3.2.2.3 Projeto do Quadro de Giro do Semi-Reboque....................................................... 23

3.2.2.4 Projeto da Caixa de Carga do Semi-Reboque ....................................................... 25

3.2.2.5 Projeto da Mesa do Pino-Rei ................................................................................. 27

3.2.3 Anlise dos Modos de Falha e seus Efeitos (FMEA) ................................................ 31

4 ANLISE ESTRUTURAL NUMRICA COMPUTACIONAL ..................................... 33

4.1 1o Caso de Estudo - Simulao de Flexo do Chassi .................................................... 33

4.2 2o Caso de Estudo - Simulao de Flexo 2 do Chassi ................................................. 36

4.3 3o Caso de Estudo - Simulao de Toro do Chassi .................................................... 39

4.4 4o Caso de Estudo - Simulao de Toro 2 do Chassi ................................................. 42

4.5 5o Caso de Estudo - Simulao de Basculamento da Caixa de Carga ........................... 45

5 TESTES EXPERIMENTAIS DE CAMPO ........................................................................ 54

5.1 Procedimento dos Testes Experimentais ....................................................................... 55

5.1.1 Veculo Vazio ............................................................................................................ 55

5.1.2 Veculo Carregado ..................................................................................................... 55

5.2 Informaes Gerais ........................................................................................................ 55

5.2.1 Instrumentao Utilizada para o Teste ...................................................................... 55

5.3 Desenvolvimento do Teste ............................................................................................ 56

5.3.1 Tipos de Carregamentos utilizados e configuraes ................................................. 56

5.3.2 Pontos Instrumentados .............................................................................................. 56

5.4 Resultados do Teste Experimental ................................................................................ 64

5.4.1 Distribuio e tipo de Carga para o teste ................................................................... 64

5.4.2 Grficos de Tenso .................................................................................................... 65

6 DISCUSSO DOS RESULTADOS .................................................................................... 66

6.1 Consideraes sobre os Mtodos Usados na Execuo do Projeto ............................... 66

6.1.2 Consideraes sobre a FMEA ................................................................................... 66

6.2 Consideraes sobre a Anlise Estrutural Numrica Computacional ........................... 66

6.3 Consideraes sobre os Testes Experimentais de Campo ............................................. 67

6.4 Reduo de Massa do Semi-Reboque Canavieiro Alta Resistncia .............................. 68

6.4.1 Semi-Reboque Canavieiro Stardard .......................................................................... 68

6.4.2 Semi-Reboque Canavieiro Alta Resistncia.............................................................. 69

6.4.3 Comparativo de Reduo de Massa entre os Semi-Reboques .................................. 70


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x

7 CONCLUSES ..................................................................................................................... 72

7.1 Sugestes para Futuros Trabalhos ................................................................................. 73

8 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................... 74

ANEXO AGRFICOS DE TENSO ................................................................................... 76

A.1 Esttico Inicial aps zeramento dos canais da Configurao 01 ................................... 76

A.2 Esttico Inicial aps zeramento dos canais da Configurao 02 ................................... 77

A.3 Primeiro Carregamento - Configurao 01 ................................................................... 78

A.4 Segundo Carregamento - Configurao 02 ................................................................... 80

A.5 Terceiro Carregamento - Configurao 02 .................................................................... 82

A.6 Quarto Carregamento - Configurao 01 ...................................................................... 84

A.7 Quinto Carregamento - Configurao 01 ...................................................................... 86

A.8 Sexto Carregamento - Configurao 02 ........................................................................ 88

A.9 Tenses Durante o Carregamento ................................................................................. 90

A.10 Tenses Durante o Descarregamento ............................................................................ 92

A.11 Desenvolvimento dos arquivos estticos ....................................................................... 94


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NDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Procedimento geral de anlise de valor, segundo a DIN 69910 [PAHL et al., 2005] ... 6

Figura 2.2. Procedimento geral para o desenvolvimento do projeto [PAHL et al., 2005] .............. 7

Figura 2.3. Procedimento no planejamento do projeto [PAHL et al., 2005] ................................. 10

Figura 2.4. Modelo do processo de projeto proposto por Pahl et al. (2005) ................................. 11

Figura 3.1. Slido gerado no Pro/E para clculo da Capacidade Volumtrica. ............................ 17

Figura 3.2. Simulao do basculamento da caixa de carga do semi-reboque ............................... 19

Figura 3.3. Desenho do projeto preliminar do produto ................................................................. 21

Figura 3.4.Chassi do Semi-Reboque ............................................................................................. 23

Figura 3.5. Quadro de Giro do Semi-Reboque .............................................................................. 24

Figura 3.6. Caixa de Carga do Semi-Reboque .............................................................................. 26

Figura 3.7. Detalhes internos da Caixa de Carga .......................................................................... 26

Figura 3.8. Vista externa da Mesa do Pino-Rei ............................................................................. 28

Figura 3.9. Vista interna da Mesa do Pino-Rei ............................................................................. 28

Figura 3.10. Semi-Reboque Canavieiro completo ........................................................................ 29

Figura 4.1. 1a condio de carregamentos ..................................................................................... 34

Figura 4.2. Tenses da 1a simulao ............................................................................................. 34

Figura 4.3. Tenses da 1a simulao na regio mais solicitada ..................................................... 35

Figura 4.4. Deformao da 1a simulao ....................................................................................... 36


Figura 4.6. Tenses da 2a simulao ............................................................................................. 37

Figura 4.7. Tenses da 2a simulao na regio mais solicitada ..................................................... 38

Figura 4.8. Deformao da 2a simulao ....................................................................................... 39


Figura 4.10. Tenses da 3a simulao ............................................................................................ 40

Figura 4.11. Tenses da 3a simulao na regio mais solicitada ................................................... 41

Figura 4.12. Deformao da 3a simulao ..................................................................................... 42

Figura 4.13. 4a condio de carregamentos ................................................................................... 43


Figura 4.15. Tenses da 4a simulao na regio mais solicitada ................................................... 44


Figura 4.17. 5a condio de carregamentos ................................................................................... 46



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xii

Figura 4.19. Tenses na parte dianteira do produto da 5a simulao ............................................ 47

Figura 4.20. Tenses na parte traseira do produto da 5a simulao ............................................... 48

Figura 4.21. Tenses Locais na traseira com tubo modificado da 5a simulao ........................... 49


Figura 4.23. Deformao da 5a simulaovista traseira do produto .......................................... 51

Figura 5.1. Foto do produto intrumentado para os testes experimentais ....................................... 54

Figura 5.2. Strain Gauge tipo longitudinal modelo LY41-6/120 (a), tipo roseta RY81-3/120 (b) 55

Figura 5.3. Strain Gauges longitudinais instrumentados no perfil inferior da lateral direita da

caixa de carga (L1, L2 e L8) ................................................................................................... 57

Figura 5.4. Strain Gauge longitudinal instrumentado prximo ao 1eixo da suspenso na cinta

inferior traseira do lado direito (L6) ....................................................................................... 57

Figura 5.5. Strain Gauge longitudinal instrumentado prximo ao reforo do quadro de giro (L4)

................................................................................................................................................ 58

Figura 5.6. Strain Gauge longitudinal instrumentado no perfil superior e na lateral direita da

caixa de carga (L6 e L9) ......................................................................................................... 58

Figura 5.7. Strain Gauge longitudinal instrumentado prximo sinaleira lado direito (L11) ...... 58

Figura 5.8. Roseta instrumentada no lado direito da travessa prxima chapa de atrito do pino rei

(R2) ......................................................................................................................................... 59

Figura 5.9. Strain Gauge longitudinal instrumentado no perfil acima da sinaleira lado direito (L7)

................................................................................................................................................ 59

Figura 5.10. Roseta instrumentada na lateral direita da caixa de carga (R3) ................................ 60

Figura 5.11. Strain Gauge longitudinal instrumentado na cinta inferior do chassi (L5) ............... 60

Figura 5.12. Strain Gauge longitudinal no perfil superior (L10) e na lateral esquerda da caixa de

carga (R7 e L10) ..................................................................................................................... 61

Figura 5.13. Strain Gauge longitudinal instrumentado na cinta prxima a chapa de atrito do pinoreilado direito (L14) ............................................................................................................ 61

Figura 5.14. Roseta instrumentada na alma dianteira da lateral direita da viga do chassi (R1) .... 62

Figura 5.15. Roseta instrumentada na cinta do pescoo na lateral direita da viga do chassi (R8) 62

Figura 5.16. Roseta instrumentada na travessa acima do suporte da suspenso na lateral direita do

chassi (R4) .............................................................................................................................. 63

Figura 5.17. Rosetas instrumentadas nos cantos superiores esquerdo (R5) e direito (R6)lado

interno traseiro da caixa de carga ........................................................................................... 63


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xiii

Figura 5.18. Strain Gauge longitudinal instrumentado no centro do SRembaixo do assoalho da

caixa de carga (L12) ............................................................................................................... 64

Figura 6.1. Participao de Peso por montagens do Semi-Reboque Canavieiro Standard ........... 69

Figura 6.2. Participao de Peso por montagens do Semi-Reboque Canavieiro Alta Resistncia 70

Figura A.1. Esttico 1 aps zeramentoConfigurao 01 ........................................................... 76

Figura A.2. Esttico 2 aps zeramentoConfigurao 01 ........................................................... 76

Figura A.3. Esttico aps zeramento (1)Configurao 02 ........................................................ 77

Figura A.4. Esttico aps zeramento (2)Configurao 02 ........................................................ 77

Figura A.5. Cho vazio no estrado da usina (1)Configurao 01 (vel. 50 a 60 km/h) ............ 78


Figura A.7. Cho carregado no estrado da usina (1)Configurao 01 (vel. 20 a 60 km/h) ..... 79

Figura A.8. Cho carregado no estrado da usina (1)Configurao 01 (vel. 20 a 60 km/h) ..... 79


Figura A.10. Cho vazio no estrado da usina (2)Configurao 02 (vel. 20 a 60 km/h) .......... 80

Figura A.11. Cho carregado no estrado da usina (1)Configurao 02 (vel. 40 a 60 km/h) ... 81






Figura A.17. Cho vazio no estrado da usina (1)Configurao 01 (40 kmh forando nas

valetas laterais) ....................................................................................................................... 84



Figura A.19. Cho carregado no estrado da usina (1)Configurao 01 (40 kmh forando nasvaletas laterais) ....................................................................................................................... 85

Figura A.20. Cho carregado no estrado da usina (2)Configurao 01 (40 kmh forando nas





valetas laterais) ....................................................................................................................... 86Figura A.23. Cho carregado aparecido salto (1)Configurao 01 (vel. 50 a 60 km/h) ............ 87


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xiv

Figura A.24. Cho carregado aparecido salto (1)Configurao 01 (vel. 50 a 60 km/h) ............ 87



Figura A.27. Cho carregado no estrado da usina (1)Configurao 02 (35 a 40 kmh forando

nas valetas laterais) ................................................................................................................. 89

Figura A.28. Cho carregado no estrado da usina (2)Configurao 02 (35 a 40 kmh forando

nas valetas laterais) ................................................................................................................. 89

Figura A.29. Carregamento (1)Configurao 01 ....................................................................... 90




Figura A.33. Descarregamento (1)Configurao 01 (SR dianteiro) .......................................... 92




Figura A.37. SG longitudinais estticos ao longo de todo o teste ................................................. 94

Figura A.38. SG rosetas estticos ao longo de todo o teste ........................................................... 94


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xv

NDICE DE TABELAS

Tabela 3.1. FMEA de Projeto / Processo do chassi do semi-reboque ........................................... 32

Tabela 4.1. Otimizao das travessas da suspenso ...................................................................... 52

Tabela 5.1. Distribuio dos sensoresConfigurao 01 (lado esquerdo) e Configurao 02

(lado direito) ........................................................................................................................... 56

Tabela 6.1. Comparativo de Reduo de Massa entre os Semi-Reboques .................................... 71

Tabela A.1. Relao do nome dos arquivos estticos ................................................................... 95


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LISTA DE SMBOLOS E ABREVIATURAS

3DTridimensional

aAcelerao [m/s2]

ABNTAssociao Brasileira de Normas Tcnicas

ARAlta Resistncia

CADComputer Aided Design (Desenho Auxiliado por Computador)

CNCanavieiro

CPCana Picada

EMdulo de elasticidade longitudinal [MPa]

FMEAFailure mode and effects analysis (Anlise dos Modos de Falha e seus Efeitos)

FFora aplicada [N]

gAcelerao da gravidade [9,81 m/s2]

LLitros

LDLado Direito

LELado Esquerdo

LEDLight Emitting Diode (Diodo Emissor de Luz)

MEFMtodo dos Elementos Finitos

PBTPeso Bruto Total

PBTCPeso Bruto Total Combinado

Pro/EPro Engineer

QFDQuality Function Deployment(Desdobramento da Funo Qualidade)

RSReference Stress (Tenso de Referncia)

SGStrain Gauge

SRSemi-Reboque

tToneladas

VVelocidade [km/h]

V. M.Tenso de Referncia de Von Mises [MPa]

Coeficiente de Poisson

Tenso [MPa]

yTenso de escoamento [MPa]

1 , 2Tenses Principais [MPa] ngulo do plano de tenses (graus) a partir do eixo a da Roseta


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1

1 INTRODUO

O desenvolvimento de um pas fortemente dependente do transporte de cargas para o

escoamento de sua produo. Tudo o que produzido s alcana os consumidores e o mercado

interno e externo se existe uma infra-estrutura de transporte disponvel. Hougaz, 2005, comentaque um dos alicerces do aumento das relaes comerciais entre os pases foi possvel graas ao

grande avano tecnolgico dos meios de transporte.

No Brasil a modalidade de transporte de carga predominante a rodoviria correspondendo

a cerca de 60% do total. Embora outras formas de transporte sejam mais vantajosas, por

mimetismo ou falta de viso nacionalista o Brasil optou pela adoo extensiva do transporte

rodovirio [Hougaz, 2005].

At o momento as empresas fabricantes de implementos rodovirios no tm sepreocupado com uma metodologia para desenvolvimento estrutural de seus produtos, pois itens

tais como peso no so prioridades no projeto desses veculos. O desenvolvimento sempre fora

baseado na experincia dos fabricantes, em problemas estruturais anteriores e em testes

experimentais. Dessa maneira as estruturas acabam apresentando-se superdimensionadas e com

peso muito elevado [Peres, 2006].

Com a acirrada concorrncia do mercado consumidor em virtude, principalmente, da

globalizao, os fabricantes necessitaram rever seus conceitos de projeto. Alm de veculos maisleves, o mercado passou a exigir qualidade e durabilidade dos produtos. Os preos passaram a ser

ditados pelo mercado, e com isso o percentual de lucro das empresas ficou reduzido.

A aplicao fora-de-estrada a caracterstica principal do segmento canavieiro, por isso a

confiabilidade nos equipamentos, aliado aos baixos custos de manuteno, so fatores muito

importantes no momento da compra.

Os produtos para o transporte de cana-de-acar necessitam estar adequados s

necessidades dos clientes, pois neste segmento cada usina tem suas especificidades operacionaisque vo desde o lado e o sistema de descarga, a altura e a largura da mesa onde a cana

descarregada, at o tipo de cana-de-acar transportada.

1.1 Objetivo Geral

Estudo do desenvolvimento de um semi-reboque canavieiro com base nos conceitos de

engenharia da mobilidade e que auxilie a criao de um produto com solues inovadoras,

diferenciais competitivos, buscando-se maior participao de mercado.


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2

1.2 Objetivo Especfico

Desenvolver o projeto de um semi-reboque canavieiro do tipo rodotrem para transporte de

cana picada da lavoura at a usina, com a estruturao do projeto em diversas fases, facilitando a

criao do produto por meio da utilizao de prticas de anlise estrutural numrica

acompanhadas de testes experimentais e de acordo com a estratgia de pesquisa e

desenvolvimento da empresa Randon Implementos S/A.

1.3 Justificativa

A justificativa para o trabalho vem a ser a necessidade de realizar mudanas na maneira

como a empresa executa o projeto e desenvolvimento deste tipo de produto, por meio da

aplicao de uma metodologia baseada em mtodos estruturais numricos e mtodos de

estruturao do projeto de produto.

1.4 Estrutura do Trabalho

O capitulo 1 apresenta uma breve introduo sobre o mercado de implementos rodovirios,

bem como as tcnicas utilizadas na concepo dos projetos de implementos, e porque h uma

necessidade de ter-se uma metodologia estruturada para criao de projetos. Alm disso, soapresentadas as principais caractersticas do produto utilizado no estudo.

O captulo 2 apresenta a pesquisa bibliogrfica, onde se apresenta a metodologia de projeto

proposta, com o planejamento e as etapas definidas para desenvolvimento do projeto.

O captulo 3 traz o desenvolvimento do projeto, aplicado no estudo do Semi-Reboque

Canavieiro Alta Resistncia. So apresentados todos os estudos de planejamento do produto,

assim como a concepo do mesmo, desde a anlise crtica da verificao do projeto, at o

desenvolvimento detalhado do produto em um software de modelamento 3D.

No captulo 4 feita a anlise estrutural numrica computacional, pelo mtodo dos

elementos finitos, em todas as principais estruturas que formam o Semi-Reboque, buscando-se a

otimizao do projeto e comparao com dados experimentais.

No captulo 5 realizada a anlise experimental no produto, na qual utilizou-se sensores

para medir tenses e aceleraes. Os testes foram realizados numa usina de beneficiamento de

cana de acar. As medies foram executadas com o produto em diversas condies de

trabalho. Alm disso, atravs da anlise experimental foi possvel validar-se a anlise estrutural

numrica.


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3

O captulo 6 apresenta a discusso dos resultados obtidos, realizando-se consideraes

sobre os mtodos usados na execuo do projeto. So apresentadas, tambm, consideraes sobre

a anlise estrutural numrica. Faz-se uma discusso baseada nos dados experimentais de campo,

comparando-os com os resultados da anlise estrutural numrica, embasando as concluses sobre

o dimensionamento do produto. So mostrados os ganhos em massa que o uso de um novo

material proporcionou, detalhando as massas do produto em estudo, por montagens que compe

o semi-reboque e ainda comparando as redues de massa obtidas nesse novo modelo em estudo

com um modelo Standard.

Finalmente, no captulo 7 so apresentadas as principais concluses sobre a anlise das

metodologias adotadas para criao e estruturao do projeto do produto e o entendimento do

comportamento estrutural do Semi-Reboque Canavieiro.


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4

2 REVISOBIBLIOGRFICA

2.1 Aspectos Bsicos do Projeto Conceitual

Projetar um processo de otimizao com objetivos predeterminados e condicionantes em

partes conflitantes. Os requisitos variam em funo do tempo, de modo que uma soluo de

projeto s pode ser objetivada ou almejada de maneira otimizada, sob as condicionantes

existentes na poca da solicitao.

Do ponto de vista organizacional, o projeto participa de forma significativa do ciclo de vida

de um produto. O ciclo inicia-se por meio de uma demanda do mercado ou por uma vontade,

comeando pelo planejamento do produto. Esse processo tambm representa uma gerao de

valor desde a idia at o produto, onde o projetista somente consegue desenvolver e finalizar sua

tarefa, se trabalhar em estreita colaborao com outras reas e pessoas de outras especialidades

(PAHL et al., 2005).

2.2 Procedimento Sistemtico para o Desenvolvimento de um Produto

Em face da grande importncia do desenvolvimento de um produto no momento certo e

que desperte interesse por parte do mercado, torna-se necessrio um procedimento para boassolues, que seja planejvel, flexvel, otimizvel e verificvel. Tal procedimento s aplicvel

quando, alm do necessrio conhecimento especializado, os projetistas souberem trabalhar de

modo sistemtico auxiliado por medidas organizacionais.

Por metodologia de projeto, entende-se como procedimento planejado com indicaes

concretas de condutas a serem observadas no desenvolvimento e no projeto de sistemas tcnicos,

resultantes de conhecimentos na rea da cincia de projeto, da psicologia cognitiva e tambm da

experincia com diferentes aplicaes. Disto fazem parte os procedimentos para interligao deetapas de trabalho e fases do projeto tanto pelo contedo quanto pela organizao, que de

maneira flexvel so adaptados ao respectivo problema. Faz-se necessrio a observncia dos

objetivos gerais, a definio de regras e princpios (estratgias), especialmente para a

configurao, bem como de mtodos para a soluo de problemas de projeto ou subtarefas

especficas.

Apesar de toda essa metodologia para elaborao de projetos, no se pode desvalorizar a

intuio e experincia do projetista. Essa metodologia complementa a criatividade que oprojetista dispe para execuo de projetos bem estruturados.


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O projeto metodolgico possibilita uma racionalizao eficaz do processo de projeto e

produo. Nos projetos novos, os procedimentos coordenados e progressivos, inclusive em nveis

parcialmente mais abstratos, possibilitam a gerao de documentao, reaproveitvel, das

solues. A estruturao dos problemas e das tarefas facilita a percepo das possibilidades de

emprego de solues consolidadas provenientes de desenvolvimento anteriores e a utilizao de

catlogos de solues. A progressiva concretizao dos princpios de soluo possibilita a

seleo precoce e a otimizao com menor volume de trabalho. Para o departamento de projeto,

sobretudo para o processo de produo, as sries construtivas e a metodologia modular

representam um importante passo de racionalizao.

Uma metodologia de projeto dever:

Possibilitar um procedimento orientado por problemas, ou seja, ser aplicada, emqualquer atividade de projeto, independentemente da especialidade;

Incentivar invenes e conhecimentos, isto , facilitar a busca por solues timas;

Ser compatvel com conceitos, mtodos e conhecimentos de outras disciplinas;

No gerar solues somente por acaso;

Permitir uma fcil transferncia das solues de tarefas semelhantes;

Apropriada para ser usada no computador;

Possvel de ser ensinada e aprendida;Estar em conformidade com os conhecimentos da psicologia cognitiva e da ergonomia,

ou seja, facilitar o trabalho, economizar tempo, evitar decises erradas e arregimentar

colaboradores ativos e interessados;

Facilitar o planejamento e o controle do trabalho em equipe num processo integrado e

multidisciplinar de gerao de um produto e

Ser orientao e diretriz para os gerentes de projeto de equipes de desenvolvimentos

(PAHL et al., 2005).

2.2.1 Engenharia de Sistemas

Procedimentos e mtodos da engenharia de sistemas tm adquirido crescente relevncia em

processos scio-econmicos. No mnimo de forma implcita, ela fundamental para o

procedimento metdico. Como cincia interdisciplinar, a engenharia de sistemas disponibiliza

mtodos, processos e ferramentas para anlise, planejamento, seleo e configurao otimizada

de sistemas complexos.


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Partindo do fato de que criaes tcnicas representam sistemas, natural verificar se os

mtodos de engenharia de sistemas so aplicveis ao processo de projeto, uma vez que os

objetivos da engenharia de sistemas correspondem amplamente aos requisitos relativos a um

mtodo de projeto. O procedimento da engenharia de sistemas baseia-se na percepo geral de

que problemas complexos so adequadamente solucionados em determinadas etapas de trabalho.

Essas etapas de trabalho devero ser orientadas pelas mesmas etapas de qualquer atividade de

desenvolvimento, pela anlise e pela sntese (PAHL et al., 2005).

2.2.2 Anlise de valores

O mtodo de anlise de valores conforme DIN 69910 tem como objetivo principal a

reduo dos custos. Porm para esse objetivo proposto um procedimento que corresponde a um

procedimento metdico global, especialmente para desenvolvimentos subseqentes. A fig. 2.1

mostra as principais etapas de trabalho da anlise de valores que, via de regra, parte de uma

construo exigente e efetuando uma anlise com relao s funes e aos custos a serem

satisfeitos para, em seguida, com novas metas de custos, buscar idias de solues voltadas para

a funo.

Figura 2.1. Procedimento geral de anlise de valor, segundo a DIN 69910 [PAHL et al., 2005]

Para a apurao e avaliao dos custos aplicam-se diversos mtodos. O trabalho em equipe

imprescindvel, ou seja, a comunicao entre os especialistas de lgica, compra, projeto,

produo e oramento (equipe de anlise de valores) assegura a considerao integrada dos

requisitos, do material, da configurao, dos processos de produo, do controle de estoque, da

normalizao e das realidades da distribuio.

Ultimamente, registra-se um empenho no sentido de que uma anlise de valores no seja

efetuada somente posterior apresentao dos desenhos de anteprojeto ou de desenhos de


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componentes especficos, mas j durante o desenvolvimento de conceito, no sentido de que uma

configurao de valor torne ativos os aspectos mencionados. Com isso, a anlise de valores se

aproxima dos objetivos de uma metodologia geral de projeto (PAHL et al., 2005).

2.2.3 Mtodos de Projeto

A fig. 2.2 representa uma linha mestra, a qual podem ser correlacionadas etapas de trabalho

mais especficas. Tambm dada uma nfase especial ao carter interativo do procedimento, isto

, a execuo das etapas de trabalho no deve ser vista de forma rgida, mas ocorre normalmente

pulando etapas de trabalho especficas e/ou retornando etapas anteriores.

Essa flexibilidade est em sintonia com a prtica de projeto, sendo de grande importncia

para a aplicao destes planos de procedimentos.

Figura 2.2. Procedimento geral para o desenvolvimento do projeto [PAHL et al., 2005]


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2.3 Planejamento do Produto

Os mtodos para o planejamento e busca de solues podem ser aplicados em diferentes

fases do processo de projeto. Assim, por exemplo, um mtodo de busca como o brainstorming

ou mtodo da galeria pode ser til tanto na procura de um princpio de soluo durante a fase de

planejamento do produto, como tambm de concepo na busca de solues auxiliares durante o

processo de anteprojeto.

Nos projetos novos, o processo de projeto se inicia pela etapa de concepo, com base na

lista de requisitos. Se, esta lista, geralmente na forma de uma lista preliminar, for resultado de

um planejamento precedente, ser importante para o projetista conhecer os critrios bsicos e as

etapas de planejamento do produto, a fim de melhor compreender e eventualmente complementar

a formao do leque de requisitos. Se pelo contrrio, no houver ocorrido um planejamento

formal precedente, o prprio projetista, com seus conhecimentos de planejamento, poder

gerenciar a execuo das respectivas etapas ou ele prprio execut-las empregando um

procedimento simplificado.

As tarefas de um engenheiro de desenvolvimento ou projetista apresentam graus

diferenciados de inovao. A maioria dos projetos constituda por um projeto adaptativo ou

alternativo. Este tipo de projeto no deve ser equiparado a projetos que no exijam muito do

projetista. No contexto do planejamento do produto, uma diferenciao em relao inovao

interessante:

Projeto inovador: novas tarefas ou problemas so atendidos por novos princpios de

soluo ou uma nova combinao de princpios de solues familiares.

Projeto adaptativo: o princpio de soluo preservado e somente a configurao

adaptada s novas condies perifricas.

Projeto alternativo: dentro de limites preestabelecidos variado o tamanho e/ou

arranjo dos componentes ou subconjuntos, o que tpico de sries construtivas e/ou

sistemas modulares (PAHL et al., 2005).

2.3.1 Execuo do Planejamento do Produto

Atualmente, as grandes empresas tentam, cada vez mais encontrar novos produtos por meio

da abordagem metdica. Um aspecto importante do procedimento metdico a possibilidade de

melhor gerenciar os custos e o tempo para o planejamento e desenvolvimento de um produto.

Entre outros poderiam ser os departamentos de marketingou de gerncia do produto que fariam

esse trabalho preliminar.


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Correspondentemente, em grade nmero de empresas tambm se transfere

organizacionalmente, para o departamento de planejamento, o acompanhamento do produto

(continuao do controle e avaliao da fabricao do produto) e o monitoramento do produto

(anlise do comportamento do preo e do sucesso no mercado, bem como a adoo de medidas

corretivas) (PAHL et al., 2005).

A varivel mais importante para a busca de novas idias de um produto o foco no cliente.

Como mtodo interessante para identificao das vontades do cliente e sua converso em

requisitos do produto foi introduzido o mtodo QFD (Quality Function Deployment).

H diversas propostas para o planejamento metdico de um produto que so regidas pelo

procedimento conforme apresentado na fig. 2.3.


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Figura 2.3. Procedimento no planejamento do projeto [PAHL et al., 2005]

Mercado Cenrio Em resa

Anlise da situao1

Formula o de estrat ias de busca2

Busca de idias ara o roduto3

Sele o de idias de roduto4

Defini o de rodutos5

Esclarecimento e es ecifica o6

Identificao da fase de ciclo de vidaElaborao da matriz produto-mercadoIdentificao da prpria competnciaCaptao do estado da tecnologiaAvaliao de desenvolvimentos futuros

Identificao de oportunidades estratgicasMovimento, participao no mercado, setor, sortimentoIdentificao de demandas e tendncias

Considerao dos objetivos da empresaDeterminao dos campos de procura

Trabalho nos campos de procuraEstruturas de funesEstruturas de trabalhoEstruturas de construoEstruturas de sistemas

Deciso atravs de critrios de sele o e avalia o

Especificao de idias selecionadasDefinio dos requisitos do produto

Complementao de requisitos externosAcrscimo de requisitos internosEstruturao dos requisitos

Anlise da situa o

Proposta para o campo deprocura

Idias de roduto

Pro ostas de roduto

Idias de produtoselecionadas

Lista de requisitos

Desenvolvimento Pro eto

Planejamentodoproduto

Concepo

Fases


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Nas formas de organizao orientada pelo produto, a responsabilidade central pelo

desenvolvimento e subseqente produo de um grupo de produtos compete a diferentes setores

da empresa, como engenharia do produto, engenharia de processos e engenharia de compras. Este

ltimo realizando desenvolvimentos em conjunto com fornecedores.

Projetos para novas formulaes de tarefas e problemas so realizados utilizando novos

princpios de soluo. Tais princpios podero resultar de uma seleo e combinao de

princpios e tecnologias conhecidas. Inclusive nos casos em que colocaes de tarefas conhecidas

ou ligeiramente modificadas so solucionadas com o emprego de novos princpios de soluo.

Tais projetos requerem a passagem por todas as fases de um projeto, envolvimento de princpios

fsicos e de engenharia de processos, assim como uma abrangente elucidao tcnica e

econmica do problema.

Tarefas para produes em srie e especialmente produes em massa requerem execuo

conscienciosa, com auxlio de modelos de construo e de prottipos, principalmente quanto

adequada durabilidade e tambm com relao aos aspectos econmicos. Para tanto, em parte, so

necessrias vrias etapas de desenvolvimento, assim como apresentado no modelo de processo

da figura 2.4.

Figura 2.4. Modelo do processo de projeto proposto por Pahl et al. (2005)

Desenvolvimento

Projeto

ProduoMontagem

TesteAprovao

ProduoMontagem

Desenvolvimento

Projeto

TesteAprovao

Desenvolvimento

Projeto

ProduoMontagem

TesteAprovao

Padro de funoPadro de laboratrio

Produto eme uena srie

ProttipoSrie Inicial

Produto nico Produto emrande srie

Aperfeioamentodoproduto

Aperfeioamentodoproduto


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2.3.2 A Prtica do Planejamento do Produto

Devido forte presso da concorrncia, os produtos novos precisam atender

prioritariamente s necessidades do mercado, sendo produzidos a custos competitivos e

utilizveis com baixos custos operacionais. Acrescentam-se a isto as exigncias cada vez maiores

quanto facilidade para o descarte final e para a reciclagem, como quanto aos menores impactos

ambientais durante a fabricao e uso do produto. Produtos com requisitos to complexos

deveriam ser planejados metdicamente, a fim de atender adequadamente estas diversas

condicionantes. Confiar em meras inspiraes ou evolues de desenvolvimentos, em geral, no

atende estes requisitos. O planejamento metdico utiliza frequentemente os mesmos

instrumentos que o desenvolvimento conceitual, ou seja, pessoal apropriadamente treinado pode

ser intercambiado (PAHL et al., 2005).

2.4 Mtodos de Soluo com nfase Intuitiva

Existem muitos mtodos que tem como objetivo impulsionar a intuio e estimular novos

caminhos para a busca da soluo por meio da associao de idias. O mais simples e o mais

praticado so conversas e discusses crticas com colegas, das quais nascem estmulos, melhorias

e novas solues. Se essas discusses forem conduzidas sem dar ensejo a divagaes e,

simultaneamente, se observarem os mtodos de aplicao geral, do questionamento objetivo, danegao, da nova concepo, do avano, etc, elas podero ser muito eficazes e estimulantes.

Mtodos com nfase intuitiva como o brainstorming, sintica, mtodo da galeria, mtodo

635 e outros, tiram partido dos efeitos da dinmica de grupo, tais como estmulos dados por

associaes que tem sua origem nas manifestaes descontradas dos participantes.

A maioria desses procedimentos havia sido sugerida para problemas no tcnicos. No

entanto, podem ser aplicados em qualquer rea para gerar idias novas, no convencionais e, por

essa razo, tambm so aplicados na rea de projeto.Brainstorming pode ser melhor rotulado como claro no pensamento, tempestade de

pensamentos ou enxurrada de idias. As sugestes para este procedimento objetivam criar os

pressupostos para que um grupo de indivduos receptivos, provenientes das mais diferentes

especialidades, produza idias imparciais que, por sua vez, podero levar os demais participantes

a novas idias. Este mtodo produz idias imparciais e especula amplamente acerca de

associaes, ou seja, recordaes e combinaes de pensamentos at o presente ainda no

percebidas no contexto atual ou, simplesmente despercebidas pelo pensamento consciente.


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Este mtodo tambm adequado para a busca de solues dos subproblemas que apaream

em sistemas existentes ou conhecidos. Alm disso, o brainstormingtem um efeito colateral til:

todos os participantes recebem novas informaes ou, no mnimo, novos estmulos sobre

possveis processos, aplicaes, materiais, combinaes, etc. Este grupo de constituio

multidisciplinar dispe de um espectro bastante amplo de especializaes (por exemplo,

projetista, engenheiro de montagem, engenheiro de produo, especialista de materiais, compras,

entre outras). surpreendente a grande quantidade de variedade e a extenso das idias que um

grupo desses capaz de produzir. Em outras oportunidades, o projetista ir recordar as idias

expostas numa seo anterior. O brainstormingdesencadeia novos impulsos, desperta o interesse

em desenvolvimentos e representa uma quebra da rotina.

Sob o ponto de vista crtico, deve-se enfatizar que no se devem esperar grandes surpresas

ou milagres de uma sesso de brainstorming. A maioria das propostas no exeqvel do ponto

de vista tcnico ou econmico ou caso o sejam, freqentemente j so conhecidas dos

especialistas. O brainstorming pretende antes de tudo desencadear novas idias, porm no

fornece solues acabadas. Em geral, os problemas so por demais complexos e difceis para que

possam ser resolvidos apenas por meio de idias espontneas. Porm, se a sesso produzir uma

ou duas idias novas e teis, em cujo desenvolvimento valha pena prosseguir ou, com as quais

se consiga obter um pr-esclarecimento das possveis direes em busca da soluo, j se

conseguiu bastante (PAHL et al., 2005).

2.5 Anlise dos Modos de Falha e seus Efeitos (FMEA)

O FMEA surgiu de estudos realizados pela NASA (National Aeronautics and Space

Administration) em 1963 e posteriormente foi utilizado na indstria automobilstica. Serviu para

identificar, quantificar e ordenar os possveis defeitos potenciais de falha na fase de

desenvolvimento de produtos, evitando que estas falhas no fossem passadas para o cliente

(PUENTE et al., 2002).

O FMEA um mtodo para a anlise de produtos e processos, em que se procura descobrir

e antecipar os modos potenciais de falha, para evitar a sua ocorrncia ou recorrncia. O problema

enfocado a partir da causa, passando pelo modo e culminando no efeito. Causa definida como

o evento que pode provocar, gerar ou induzir a falha. O modo de falha definido como a maneira

que a falha se manifesta. E o efeito a forma como o modo de falha afeta o sistema.

O FMEA tem por objetivo gerar um plano de ao que visa evitar falha no projeto ou

processo do produto, avaliando a sua importncia relativa. Por meio deste, so propostas aes


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de melhoria para o produto buscando a soluo para a falha identificada. Nesta anlise so

considerados separadamente os tipos de falha e os seus efeitos sobre o consumidor. Sua

aplicao visa detectar as falhas antes da produo do prottipo, aumentando assim a

confiabilidade do produto. Inicialmente o FMEA foi desenvolvido para o projeto de novos

produtos ou processo. Devido a sua utilidade, o mesmo passou a ser aplicado de outras maneiras.

Atualmente, tambm utilizado para diminuir as falhas de produtos e processos existentes

(ROZENFELD et al., 2006; BAXTER, 2000).

Para auxiliar na definio de prioridades de falha no FMEA, so utilizados trs fatores:

ocorrncia, deteco e severidade. A ocorrncia define a freqncia da falha; a severidade

corresponde gravidade do efeito da falha; enquanto a deteco a habilidade para detectar a

falha antes que ela atinja o cliente. Atravs destes fatores, realizada uma hierarquizao de

acordo com o risco potencial de cada falha, representado no FMEA e calculado atravs do RPN

(Risk Priority Number) (FORD MOTOR COMPANY (1988) APUD LEAL et al., 2006).

O risco potencial de cada falha (R) calculado para que a equipe de trabalho priorize as

aes de trabalho aos itens de maior risco calculado. O clculo do risco leva em conta a

severidade (S), ocorrncia (O) e deteco (D). A equao utilizada : R = S x O x D. As aes de

trabalho devem visar a reduo do efeito de severidade, a probabilidade de ocorrncia ou a

probabilidade de no deteco. Alteraes de projeto podem reduzir a severidade ou a ocorrncia

do modo de falha. Aes dirigidas s etapas de validao de projeto podem reduzir a

probabilidade de no deteco do modo. Como exemplos de aes podem ser utilizados a reviso

do desenho de parte do projeto, reviso de especificao de materiais, investimento em novos

equipamentos, reviso de planos de teste.

Para a diminuio dos riscos de falhas, o grupo de trabalho, utilizando conhecimentos,

criatividade e outras tcnicas, deve listar aes. Estas aes devem conter medidas com funes

de limitar, dificultar, prevenir parcialmente ou totalmente a ocorrncia dos riscos de falha. Asmedidas devem ser analisadas em relao a sua viabilidade e ento definidas as que sero

implantadas (ROZENFELD et al., 2006).

O FMEA uma ferramenta que proporciona empresa, atravs da catalogao das falhas

dos produtos, que aes de melhoria no projeto baseadas em dados sejam monitoradas (melhoria

contnua), que ocorra a diminuio de custos devido preveno da ocorrncia de falhas e

principalmente que os funcionrios incorporem uma atitude de preveno de falhas, de

cooperao e de trabalho em equipe, tendo como foco a satisfao do cliente (ROZENFELD etal., 2006).


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3 EXECUODOPROJETO

Considerando o tema em questo, e para aumentar a probabilidade de sucesso do presente

projeto, formalizou-se um conjunto de fases com descritivos que so as atividades responsveis

pelos recursos disponveis e informaes necessrias e/ou geradas durante o desenvolvimento.Esta formalizao, tambm denominada por metodologia de projeto, que de acordo com Pahl et

al. (2005) descreve a mesma como um procedimento planejado com indicaes concretas de

condutas a serem observadas durante um desenvolvimento e no projeto de sistemas tcnicos.

3.1 Planejamento do Produto

Dentro das atividades consideradas como de planejamento de produto descritas por Pahl et

al. (2005), se podem citar:

Anlise da situao e formulao de estratgias de busca;

Busca de idias para o produto;

Seleo de idias de produto;

Definio de produtos.

3.1.1 Anlise da Situao e Formulao de Estratgias de Busca

Com a exploso da indstria Sucro Alcooeira no Brasil, um novo grande mercado de semi-

reboques comeou a ser desenvolvido. Este mercado foi o de semi-reboques canavieiros. Como

caracterstica, eles tem uma aplicao bastante severa e necessitam de um projeto reforado

gerando um produto pesado. Dessa forma, atravs de vrias pesquisas no mercado brasileiro de

semi-reboques para transporte de cana, constatou-se a necessidade de se contar com um novo

produto que fosse mais leve, buscando assim maior capacidade de carga.

3.1.2 Busca de idias para o produto

Com a busca de um produto mais leve, neste momento, comea-se a criar um interesse na

utilizao do ao de alta resistncia para a fabricao de um semi-reboque canavieiro com

diferencial competitivo. Estes semi-reboques tm a possibilidade de oferecer vrias vantagens ao

proprietrio, como:

Aumento de capacidade de carga em funo do produto ter uma tara menor;

Reduo no consumo de combustvel;

Reduo no consumo de pneus.


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O cliente tambm ser beneficiado quando necessitar rodar em rodovias que possuam

balana, pois far um menor nmero de viagens em funo do produto apresenta uma capacidade

de carga maior.

3.1.3 Seleo de idias de produto

Atravs do brainstorming foi possvel selecionar as melhores idias para fabricao do

produto de maneira a atender as necessidades elegidas na anlise da situao.

A seleo das principais idias so listadas a seguir:

Implementar o uso do ao em alta resistncia;

Melhorar a estabilidade com uso de dispositivo anti-rolagem;

P de apoio com ajuste de altura automtico atravs de sistema hidro-pneumtico em

substituio ao de comando hidrulico;

Reduo de Tara.

3.1.4 Definio de produtos

Com base no estudo da seleo de idias, verificou-se que um semi-reboque canavieiro

constitudo por ao de alta resistncia que no ser informada as especificaes por questes de

sigilo industrial, seria a melhor alternativa para a busca dos quesitos levantados na etapa anterior.

O produto a ser projetado ter as seguintes caractersticas:

Nome do produto: Semi-Reboque Canavieiro Cana Picada Alta Resistncia 12,5m;

Comprimento de 12,5m, altura de 4,4m e largura de 2,6m;

Basculamento lateral atravs de um sistema de quadro de giro e uma caixa de carga

basculante sendo a caixa de carga puxada por correntes;

Suspenso mecnica com feixes de mola duplo estgio;

Quadro de giro com 4 mancais de giro;

Material: Ao de alta resistncia (chassi, caixa de carga e quadro de giro);

Capacidade volumtrica de 90m3;

Sistema Eltrico LED;

Furos de amostragem padro Usina Alta Mogiana.

3.2 Concepo de Produto

Dentro das atividades consideradas como de concepo de produto tem-se as seguintes

fases:


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a)Anlise Crtica da Verificao do Projeto;

b)Desenvolvimento e Montagem de Projeto de Produto;

c)Anlise dos Modos de Falha e seus Efeitos (FMEA).

3.2.1 Anlise Crtica da Verificao do Projeto

Para o projeto do Semi-Reboque Canavieiro em chapa de alta resistncia, foram realizadas

as seguintes verificaes:

Clculo do volume da caixa de carga;

Sistema de descarga.

3.2.1.1 Clculo do Volume da Caixa de Carga

O volume da caixa de carga foi encontrado atravs do software Pro ENGINEERmodelando-se um slido com as dimenses internas da caixa de carga. O Pro/E foi utilizado, pois

fornece o volume com facilidade, j que a caixa foi modificada vrias vezes durante o

desenvolvimento do projeto.

Segue a figura 3.1 do slido gerado no Pro/E e os dados correspondentes obtidos.

Figura 3.1. Slido gerado no Pro/E para clculo da Capacidade Volumtrica.


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O volume do slido que corresponde capacidade volumtrica de carga do produto

calculado corresponde a um valor de 90,032 m.

3.2.1.2 Sistema de descarga

Nesta fase, fez-se um estudo para simular a operao de basculamento da caixa de carga nausina. No local onde o produto vai operar, esta operao feita para descarregar a cana em uma

moenda. O basculamento acontece devido a um sistema que funciona como se fosse um guincho

que ergue a caixa de carga do semi-reboque canavieiro, fazendo o produto escoar para a moenda.

Nas usinas este guincho chamado de hilo.

A verificao feita com base no desenho enviado pela Usina Alta Mogiana, simulando o

giro da caixa de carga, atravs do sistema CAD, demonstrou que existe uma folga de 200 mm

entre o hilo e o produto, atendendo assim o processo de descarga utilizado pela usina.O desenho da simulao de basculamento da caixa de carga do semi-reboque canavieiro

baseado no sistema de hilo da usina mostra-se na figura 3.2.


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Figura 3.2. Simulao do basculamento da caixa de carga do semi-reboque


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3.2.2 Desenvolvimento e Montagem de Projeto de Produto

Nesta fase do detalhamento do projeto, foram especificadas as dimenses gerais do produto

final, bem como dos conjuntos e peas. Tambm executou-se o modelamento de todas as peas e

conjuntos por meio da utilizao do software Pro ENGINEER. Com o modelamento 3D

possvel ter-se um grande diferencial, visto que a criao e estudos iniciais ocorrem em um

modelo que se aproxima ao mximo do produto real. Dessa forma, podem ser realizados estudos

de interferncias e folgas, no momento da criao das peas e conjuntos, alm de ter os recursos

de massa, centro de gravidade e momento de inrcia que osoftware fornece no desenvolvimento

da pea ou produto. Esses recursos podem ser fundamentais para criao de produtos otimizados,

ganhando-se em peso, esttica e funcionalidade, sendo tambm de extrema utilidade para a

fabricao e montagem de um produto.

Para o detalhamento deste projeto, elaboraram-se as descries sobre as disposies dos

elementos, formas, medidas e materiais para a construo do semi-reboque; foram tambm

criados os documentos do projeto detalhado, na forma de desenhos tcnicos e instrues que

possibilitassem a sua manufatura. Toda a documentao foi compilada e registrada para atender

suficientemente a fabricao e montagem do produto [Cristal, 2008].

3.2.2.1 Projeto Preliminar do produtoPrimeiramente executou-se um projeto preliminar com as dimenses gerais conforme

solicitado pelo cliente que testar o produto. As dimenses gerais so: comprimento de 12,5m,

altura de 4,4m e largura de 2,6m.

O desenho do projeto preliminar (figura 3.3) mostra o produto por inteiro, com suas

principais dimenses e geometria.


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Figura 3.3. Desenho do projeto preliminar do produto


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No projeto preliminar assim como no projeto final do produto, foi considerada a Norma de

intercambiabilidade ABNT NBR ISO NM 1726, que especifica caractersticas dimensionais no

sentido de garantir intercambiabilidade entre um caminho trator e um semi-reboque acoplado

ambos constituindo um veculo articulado. So especificadas certas dimenses incluindo aquelas

de contorno da transio do pescoo assim como dimenses operacionais relativas a valores de

ngulos. O projeto aqui estabelecido segue rigorosamente essa norma. Assim, o mesmo semi-

reboque pode ser tracionado por um caminho trator que possua dois ou trs eixos.

3.2.2.2 Projeto do Chassi do Semi-Reboque

A principal estrutura a ser projetada em um semi-reboque o chassi, que vem a ser a

estrutura a qual vai servir de base para a montagem de todos os subconjuntos pertencentes ao

semi-reboque, logo este deve ser a parte mais planejada de todo o semi-reboque. Alm disso,tambm a parte mais solicitada, j que praticamente todas as cargas e esforos passam por ele.

O chassi do semi-reboque canavieiro foi projetado com vigas perfil I, j que este tem uma

resistncia toro e flexo condizente com a solicitao aplicada. Esse perfil amplamente

usado na fabricao de chassis estando consagrado como o melhor perfil a ser adotado na

fabricao um chassi com viga central. A configurao do projeto alm de contar com 2 vigas I

longitudinais, possui tambm travessas transversais de perfil C e tambm tubos transversais que

deixam o produto com uma configurao robusta e otimizada ao mesmo tempo.Uma das regies onde se tem maior incidncia de quebras em chassi a regio da curva do

pescoo na parte dianteira do produto. Isso se deve ao fato dessa regio ser de transio da seo

da viga sendo tambm a parte do meio entre os pontos de apoio do chassi, (que so na suspenso

traseira e no pino-rei). Dessa maneira, a regio do pescoo deve ser bem projetada para no

surgir futuras quebras. Nessa regio desenhou-se um perfil da viga, com curvas mais suaves,

aumentando o coeficiente de segurana.

Outro recurso usado foi a utilizao de reforos verticais soldados na alma do perfil I,popularmente chamados de costelas, que aumentam a resistncia do chassi quando este

solicitado toro.

Todas as peas inseridas no chassi so soldadas, por ser um processo que utiliza os

recursos disponveis na empresa, e pelo custo menor de fabricao em relao a uma unio

parafusada.

Aps a finalizao do projeto do chassi, realizou-se uma anlise estrutural numrica

computacional, pelo mtodo dos elementos finitos, usando o software de simulao estruturalNASTRAN, para analisar o comportamento do mesmo quanto toro e flexo, por meio da


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simulao das piores condies de operao. Por meio desta anlise foi possvel a visualizao

dos valores de tenses por regio do chassi, conhecendo os coeficientes de segurana por regio.

Dessa forma foi possvel a otimizao das espessuras e geometrias, reduzindo-se o peso do

chassi e melhorando-se a resistncia estrutural. Assim, foi possvel o aperfeioamento do projeto

do chassi, antes dele ser fabricado. A seguir mostrada, mais detalhadamente, a anlise estrutural

realizada no chassi.

O chassi modelado no software Pro/E, com todos os componentes soldados mostrado na

figura 3.4.

Figura 3.4.Chassi do Semi-Reboque

3.2.2.3 Projeto do Quadro de Giro do Semi-Reboque

Este conjunto faz a unio do chassi com a caixa de carga do produto. Neste projeto optou-

se por um quadro de giro com 4 mancais pelo fato do produto ter um comprimento de 12,5m,

alm da altura dos mancais em relao ao solo que foi definido pelo cliente como 3,9m em

funo da mesa de descarga que ele possui.

O quadro de giro soldado ao chassi por meio de reforos, o que garante uma rigidez

maior ao chassi, mas principalmente ao prprio quadro de giro. Dessa forma, pode-se perceber

que este conjunto auxilia na resistncia estrutural do chassi quanto toro, que o pior caso de

solicitao sofrido pelo chassi.


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Na execuo do projeto do quadro de giro, os tubos foram dispostos em forma de

tringulos, garantindo uma rigidez maior no conjunto, evitando deslocamentos e flexes

excessivas.

Todo o quadro de giro composto por tubos unidos por reforos, os quais so unidos por

meio de soldas tampo, o que garante maior resistncia ocorrncia de trincas.

O quadro de giro suportado por tubos fixados ao chassi, que garantem uma distribuio

uniforme da carga aplicada pelo movimento do basculamento da caixa de carga.

O quadro de giro sofre os maiores esforos quando o semi-reboque esta parado fazendo a

descarga da cana de acar no hilo da usina por meio do basculamento da caixa de carga. Quando

o produto executa o basculamento, todo o peso da caixa de carga transferido ao quadro de giro,

que por sua vez o transfere ao chassi. Por este motivo, foi necessria a execuo da anlise

estrutural pelo mtodo dos elementos finitos, simulando o basculamento da caixa verificando-se

as tenses e deformaes encontradas no quadro de giro e tambm no chassi.

Na figura 3.5 tem-se o quadro de giro modelado sobre o chassi.

Figura 3.5. Quadro de Giro do Semi-Reboque


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3.2.2.4 Projeto da Caixa de Carga do Semi-Reboque

A estrutura da caixa de carga composta por tubos externos, unidos por reforos soldados,

alm dos revestimentos em chapas que formam a estrutura externa.

A caixa de carga do semi-reboque foi projetada com revestimentos em chapas de ao de

alta resistncia, com furos estampados em todas as laterais, exceto na lateral de descarga,

evitando-se assim a queda de pedaos de cana nas mangueiras da instalao pneumtica e

hidrulica, o que poderia provocar avarias em algum desses sistemas, e tambm para evitar a

queda de sujeira na mesa do pino-rei e na suspenso quando da descarga da cana de acar.

Os furos estampados nos revestimentos das laterais da caixa de carga deixam a chapa com

uma resistncia mecnica maior, e isso auxilia muito j que essas chapas so de espessuras

pequenas, na ordem de 1,50 mm. Alm dos furos, as chapas da lateral possuem canaletas, que

tambm so estampadas, agregando resistncia lateral da caixa de carga, quando so exercidas

foras normais aplicadas na lateral, como, por exemplo, no basculamento da caixa de carga, que

a cana de acar exerce uma fora proporcional ao seu peso em toda a lateral da caixa de carga

at sair completamente do compartimento da caixa.

A caixa ainda conta com chapas soldadas na parte superior da lateral de descarga, que

servem de apoio para os mancais, que so soldados nessas chapas e no quadro de giro.

Para as usinas fazerem a coleta de amostras da cana de acar por carga, as laterais

possuem furos estampados de 365 mm com tampas, seguindo um padro de disposio exigido

por cada usina. Nesse produto foi solicitado 7 furos ascendentes.

A lateral de descarga possui cunhas soldadas por dentro da caixa de carga em cada uma das

canaletas estampadas, na parte superior, entre o revestimento e os tubos, que auxiliam na

descarga da cana de acar, impedindo que esta tranque nos cantos dos tubos quando a caixa

basculada e a cana desliza sobre a lateral de descarga.

Por fim, a caixa de carga conta com perfis laterais em forma de U, que so soldados

verticalmente do piso da caixa at a parte mais alta, auxiliando a resistncia e impedindo a flexo

excessiva da lateral quando esta basculada.

Na figura 3.6, mostrada a parte externa da caixa de carga e na figura 3.7 tem-se os

detalhes internos da caixa de carga do semi-reboque canavieiro.


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Figura 3.6. Caixa de Carga do Semi-Reboque

Figura 3.7. Detalhes internos da Caixa de Carga


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3.2.2.5 Projeto da Mesa do Pino-Rei

A mesa do pino-rei a estrutura que serve de base para a fixao da chapa do pino-rei, que

por sua vez parafusado nela. Esta chapa soldada na estrutura da mesa que conta com travessas

em perfis C e U soldadas entre si e soldadas na alma do chassi.

Esta estrutura de fundamental importncia no semi-reboque visto que quem transmite

toda a fora do semi-reboque ao cavalo trator, sendo assim uma regio que gera tenses muito

altas devido transmisso de foras pelo pino rei as quais se agravam quando o produto sofre

toro. Portanto essa regio, geralmente, super dimensionada, a fim de evitar futuras quebras.

Toda a regio da mesa soldada, garantido uma integridade estrutural maior. Algumas travessas

na regio da mesa recebem reforos internos soldados nas travessas para garantir maior rigidez

evitando deformaes permanentes nessa regio. Alm disso, algumas travessas possuem uma

espessura maior, por serem mais solicitadas; geralmente essas so as soldadas diretamente na

chapa de fixao do pino-rei, sofrendo maior esforo.

Na parte externa inferior da mesa do pino-rei foram inseridas chapas de atrito, cuja funo

servir de base para o cavalo trator acoplar-se e desacoplar-se ao semi-reboque. Existem duas

chapas de atrito, uma fixa, que soldada nas vigas do chassi posicionando-se na parte dianteira e

a chapa de atrito mvel que parafusada nas vigas do chassi, localizando-se na regio do pino-

rei. Essas chapas so de espessura 9,5 mm, visto que sofrem grandes esforos, pois esses semi-

reboques canavieiros so acoplados e desacoplados vrias vezes por dia.

Na figura 3.8 mostrada a mesa do pino-rei com as chapas de atrito fixa e mvel em

amarelo e na figura 3.9 mostrada a parte interna da mesa do pino-rei.


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Figura 3.8. Vista externa da Mesa do Pino-Rei

Figura 3.9. Vista interna da Mesa do Pino-Rei


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Podem-se visualizar as travessas da mesa em verde e os reforos em azul.

A seguir, na figura 3.10, segue o produto completo modelado nosoftware Pro/E, com todos

os subconjuntos apresentados e ainda com eixos, rodas, pneus e suspenso.

Figura 3.10. Semi-Reboque Canavieiro completo

No projeto do semi-reboque canavieiro foram colocados pra-lamas traseiros conforme a

Norma ABNT NBR 11409, que especifica uma distncia vertical de no mximo 150 mm do soloat o pra-lama e de no mnimo 100 mm do pneu at o pra-lama na horizontal.

Foi colocado tambm no projeto do Semi-Reboque pra-choque traseiro fixo conforme a

Resoluo do Contran 152/03, que estabelece requisitos tcnicos de fabricao e instalao de

pra-choque traseiro para veculos de carga.

A suspenso usada no projeto do semi-reboque canavieiro de alta resistncia foi do tipo

balancim de duplo estgio, atendendo perfeitamente as condies em que o produto ir operar,

tanto carregado quanto vazio, j que a maioria das estradas dentro das usinas no tempavimentao, e geralmente o solo bastante irregular. Essa suspenso trabalha da seguinte


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maneira, enquanto o produto est vazio, ela trabalha no primeiro estgio, com o objetivo de

deixar a suspenso mais macia e dessa forma evitar a excessiva vibrao no semi-reboque que

aconteceria com uma suspenso balancim convencional, quando o produto for carregado o

segundo estgio passa a atuar, deixando a suspenso mais firme e robusta.

No projeto do semi-reboque, tambm se pensou na colocao do engate automtico

traseiro, que usado quando se pretende operar com dois semi-reboques (rodotrem) puxados por

um mesmo cavalo trator, assim projetou-se uma estrutura traseira mais reforada para colocao

do engate automtico da marca Jost.

Para se possibilitar a inspeo da caixa de carga internamente, optou-se por colocar na

parte dianteira da caixa de carga, uma escada com os degraus soldados nos revestimentos desta a

fim de facilitar as inspees internas. Alm disso, projetou-se uma porta de acesso parte interna

da caixa de carga, para inspees mais detalhadas.

O sistema pneumtico do semi-reboque conta com um reservatrio de 110 litros

posicionado entre os dois eixos traseiros do semi-reboque, que alimenta as cmaras de freios e os

cilindros pneumticos que acionam os ps de apoios do equipamento.

A parte de freios do semi-reboque conta com 4 cmaras spring-break de acionamento

pneumtico, duas por eixo. As cmaras da marca Master contam com sistema de servio e

emergncia. A cmara opera a parte de servio pneumaticamente, e quando algum problema

ocorre no sistema pneumtico do semi-reboque, o sistema de emergncia entra em operao com

uma mola de emergncia atuando nas lonas de freios e fazendo com que o semi-reboque pare o

mais rpido possvel.

O semi-reboque conta com ps de apoio que so utilizados quando ele est desacoplado do

cavalo trator. Esses ps de apoio so chamados de patolas, e so acionados por meio de cabos de

aos puxados por cilindros pneumticos. Os cilindros so acionados quando se quer erguer as

patolas; aps o erguimento destas, so colocados pinos em cada uma livrando-se assim o sistemapneumtico. Para baixar as patolas, a gravidade se encarrega de acionar todo o sistema, j que as

mesmas possuem uma massa bastante elevada.

O sistema eltrico do semi-reboque foi projetado com um chicote central alimentando

todas as sinaleiras laterais e as sinaleiras traseiras. O sistema eltrico do semi-reboque 24 V, e

as sinaleiras traseiras so com sistema LED, mais atual que as tradicionais lmpadas tendo

tambm uma melhor aparncia visual.


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As sinaleiras laterais foram projetadas conforme a Resoluo do Contran 227/07, que

estabelece requisitos referentes aos sistemas de iluminao e sinalizao de veculos e orienta a

colocao de uma sinaleira lateral a cada 3 metros.

A descarga do produto feita com o sistema de basculamento da caixa de carga, que

puxada por cinco correntes pelo hilo da usina, conforme j foi mostrado no desenho de

simulao do basculamento da caixa de carga na figura 3.2. Essas correntes so unidas a ganchos

soldados na estrutura da caixa de carga envolvendo-a para permitir o giro de 130o para a descarga

completa.

3.2.3 Anlise dos Modos de Falha e seus Efeitos (FMEA)

De acordo com Pahl et al (2005), a FMEA um mtodo amplamente formalizado para

determinao sistemtica de possveis falhas e avaliao dos riscos a elas associados (efeitos). O

principal objetivo a reduo ou eliminao dos riscos. A FMEA baseia-se na anlise direta de

uma falha e suas conseqncias, bem como suas causas. Portanto, ela s permite uma nica

interligao direta entre causas e conseqncias de uma falha. Este mtodo basicamente

utilizado em novos desenvolvimentos.

A tabela 3.1, a seguir, mostra a estrutura da FMEA de produto e processo integrados,

aplicada no chassi do semi-reboque, que o item mais importante por ser a espinha dorsal do

produto e o item mais solicitado quando de sua utilizao.

Para execuo do FMEA, so necessrios alguns procedimentos que sero descritos abaixo.

Primeiramente, foram identificados os itens que compe o produto que podem ser

problemticos em algum estgio da fabricao ou montagem do produto.

Em segundo lugar, foram identificados os modos potenciais de falha, seus efeitos e suas

causas na fabricao ou montagem dos itens j levantados.

Em terceiro lugar, identificaram-se para cada efeito de modo de falha a sua respectiva

severidade.

Em quarto lugar, foram pontuadas as probabilidades de ocorrncia das causas identificadas

para cada modo potencial de falha.

Em quinto, foram identificados os controles atuais preventivos existentes no processo e a

probabilidade de deteco da falha.

Em sexto, calculou-se o potencial de risco de cada modo de falha e definiram-se medidas

para sua eliminao ou reduo. Isto obtido atravs de um plano de aes que aumenta a

probabilidade de deteco ou reduzam a probabilidade de ocorrncia da falha.


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Tabela 3.1. FMEA de Projeto / Processo do chassi do semi-reboque

Possibilidade de falhas e anlise deefeitos

(FMEA de Projeto/Processo)

Denominao do componente:

Chassi

Setor:Engenharia do Produto

Elaborado por:Cleiton

Item

Funo

Modo de

Falha

Potencial

Efeito

Potencial

da Falha

Severidade

Causa(s)

Potencial

Mecanismo(s)

de Falha

Ocorrncia

Controles

Preventivos

Existentes

no Processo

Deteco

N.

P.

R.

Aes

Preventivas

Recomendadas

Responsabilidade

pela ao

recomendada &

Data da

Concluso

Resultado das Aes

Aes

Tomadas

Severidad

e

Ocorrncia

Deteco

N.

P.

R.Data

efetiva

1 - Almas

das vigas

Evitar

emenda nas

almas

Poder gerar

trinca na cinta4 Trinca da viga 2

Controle

visual1 8

Fazer almasinteiras,

diminuindo a

quantidade deemendas

Cleiton 17/7/2007 4 1 1 4

2 - Cintas

das vigas

Evitar soldatransversal

nas cintas

Trinca nas

cintas4

Trinca nas

cintas2

Controle

visual1 8

Fazer chanfro

nas travessasCleiton 17/7/2007 4 1 1 4

3 Cintas

das vigas

Induzir

trincas na

cinta

Trincas no

produto7

Pontos desolda feitos na

montagem das

travessas.

4Instruo de

solda.4 112

Especificar nodesenho a no

indicao de

pontos de solda

na cinta.

Cleiton 17/7/2007 6 1 5 30

4

Travessas

e reforosdo chassi

Dimensionaldas

travessas e

reforos no

conforme oespecificado

em projeto.

No

conformidade

no

Dimensionaldo conjunto.

6

Falta

especificao

e tolerncias

nos desenhosde processo.

5

Especificaodas

dimenses e

tolernciaspela

engenharia.

4 120

Especificar nodesenho de

processo as

tolerncias e

cotasnecessrias

para montagem.

Cleiton 17/7/2007 6 1 5 30

Coluna Severidade:

(efeitos sobre o cliente)

efeitos quase impercetpveis = 1

falha insignificante = 2 - 3falha moderadamente grave = 4 - 6

falha grave(aborrecimento do cliente) = 7 - 8

falha extremamente grave = 9 - 10

Coluna Ocorrncia:

(falha pode ocorrer)

impossvel = 1

muito pequena = 2 - 3pequena = 4 - 6

moderada = 7 - 8

alta = 9 - 10

Coluna Deteco:

(probabilidade da descoberta antes da

entrega ao cliente)

elevada = 1moderada = 2 - 5

diminuta = 6 - 8

muito pequena = 9improvvel = 10

Coluna N.P.R.

(risco)

alto = 1000

mdio = 125

nenhum = 1


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4 ANLISEESTRUTURALNUMRICACOMPUTACIONAL

Esta anlise foi realizada pelo mtodo dos elementos finitos, usando o software de

simulao estrutural NASTRAN verso 2007.

O objetivo da anlise estrutural do chassi e quadro de giro do semi-reboque foi o deverificar o comportamento da estrutura quanto flexo e toro, aplicando-se condies de

contorno conhecidas da operao do produto, e obtendo-se resultados de tenses e deslocamentos

da estrutura do chassi e quadro de giro. Os resultados de tenses podem ser analisados por

regio, assim pode-se saber qual local requer um coeficiente de segurana maior, a fim de se

otimizar o peso e confiabilidade do produto. Dessa forma, a anlise estrutural numrica

computacional uma ferramenta poderosa de auxlio ao projeto final do produto, contribuindo

para otimizao das geometrias da estrutura e, principalmente, das espessuras das peas doproduto.

Na realizao deste

Projeto Semi Reboque

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