Projecto de Máquinas - paginas.fe.up.ptem00018/PMaq/PMaq.pdf · Para o dispositivo de aperto das peças teve-se em atenção a posição de teste da peça e a sua forma, tendo em

Projecto de Máquinas

Projecto de um equipamento para ensaio de estanquidade

2006/2007 5º Ano – 1º Semestre

FEUP – DEMEGI – SMAp – LEM

Docente Supervisor

Eng. Adérito Varejão

Elaborado por:

Ricardo Pedrosa – 000504018 – [email protected] __________________

Índice Introdução ______________________________________________________________________1 Objectivos ______________________________________________________________________2 Selecção do micro-fugometro _______________________________________________________3 Projecto do dispositivo de aperto das peças ____________________________________________4

Cilindros de aperto _____________________________________________________________5 Conectores____________________________________________________________________5 Obturadores dos furos ___________________________________________________________6

Vedação da peça _________________________________________________________________7 Cilindros Pneumáticos___________________________________________________________7 Auxiliares da vedação ___________________________________________________________8

Acoplamento elástico _________________________________________________________8 Borrachas de vedação _________________________________________________________8 Freio hidráulico ______________________________________________________________8

Projecto do circuito hidráulico ______________________________________________________9 Projecto do circuito pneumático ____________________________________________________10 Funcionamento da máquina _______________________________________________________11 Conclusão _____________________________________________________________________12 Bibliografia ____________________________________________________________________13

FEUP – Projecto de Máquinas Proj. de um equip. para ensaio de estanquidade

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Introdução

Este relatório é um complemento do desenho de conjunto, que explica o funcionamento e a escolha de algumas das peças usadas neste projecto, bem como o funcionamento da máquina.

Estão referenciadas várias peças neste relatório cuja referência se identifica pelo desenho de

conjunto. Excepto quando se trata dos circuitos hidráulico e pneumático. Este trabalho consiste no projecto de um equipamento para ensaio de estanquidade. Que,

como o nome indica, esta máquina tem a finalidade de encontrar fugas em peças. Peças essas previamente maquinadas.

Todos os orifícios da peça a controlar são vedados e é injectado ar comprimido. Com o

auxílio de um micro-fugometro, que é aparelho que mede a queda de pressão entre a peça e um volume de controlo, verifica-se se a peça tem fugas.

Foram excluídas deste relatório muitas das especificações técnicas e brochuras de cada componente, uma vez que poderão ser consultadas nas respectivas páginas-web das respectivas marcas, constando na bibliografia todas os ligações-web respectivas.


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Objectivos

-Análise do desenho da peça a controlar; -Selecção do micro-fugometro; -Projecto do dispositivo de aperto das peças; -Projecto do circuito pneumático e hidráulico; -Desenho de conjunto da máquina.


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Selecção do micro-fugometro

O micro-fugometro é um aparelho que, após injectar ar comprimido na peça a controlar, mede a queda de pressão entre o interior da peça e um volume de controlo, deste modo, verifica-se se a peça tem fugas.

O funcionamento de um micro-fugometro assenta sobre quatro estados:

Enchimento Estabilização Teste Evacuação

Fig. 1 - Diagrama de funcionamento do Micro-Fugometro (Pressão em função do Tempo) A unidade de medida utilizada nestes testes é Pascal/segundo (Pa/s), ou seja a queda de pressão por unidade de tempo.

Perante um vasto leque de marcas de micro-fugometros optou-se pela ATEQ por ser uma

marca líder neste ramo. De entre os vários tipos que existem a tecnologia mais popular para a verificação de fugas é

a da diferença de pressões, ou seja mede a queda de pressão entre a peça e um volume de controlo, que poderá ser regulado no micro-fugometro.

Existem vários modelos de micro-fugometros na ATEQ com esta tecnologia, tendo-se

escolhido o modelo F520, o mais económico e que possui uma elevada gama de especificações, cumprindo os requisitos a que este projecto está sujeito. A pressão de teste é de 2 bar.

Fig. 2 - Micro-fugometro ATEQ - F520


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Projecto do dispositivo de aperto das peças Para o dispositivo de aperto das peças teve-se em atenção a posição de teste da peça e a sua forma, tendo em conta os pontos a utilizar para o suporte e aperto da mesma. Tratando-se de uma peça de formato desconforme, estudou-se bem o seu desenho, e concluiu-se que seriam necessários 4 pontos de suporte, sendo 3 dos quais também de aperto.

O quarto ponto de apoio funciona como auxílio no posicionamento da peça.

Fig. 3 - Posição dos Pontos de Apoio da Peça

Teoricamente, pela análise do desenho seriam apenas considerados os 3 primeiros pontos, para aperto e suporte, apresentados na figura, note-se porém, que um dos ofícios a vedar está junto ao ponto 3, logo não haveria espaço para se colocar nesse ponto o cilindro de aperto. Assim, teve de se escolher o ponto 4 para aperto. Note-se que se manteve o ponto 3 como apoio, uma vez que grande parte da massa da peça está mais próxima desse ponto, ajudando assim esse ponto no posicionamento da peça. Sintetizando, tem-se os pontos 1, 2, 3 e 4 como pontos de apoio da peça, sendo os pontos 1, 2 e 4 também pontos de aperto da mesma. No desenho de conjunto que mostra exclusivamente o dispositivo de aperto, pode ver-se que foi projectada uma base planar contendo 3 pinos cilíndricos rectificados correspondendo aos apoios 1, 2 e 4 sendo as respectivas referências no desenho, ref. 47 e 48. Note-se que os pinos 2 e 4 são iguais.


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Devido à forma da peça, o apoio 3, ref. 51, é composto por um pino cónico encastrado num suporte. E não no suporte planar onde estão os restantes apoios.

Note-se também que existe um pequeno apoio, ref. 50, de forma paralelipipédica, apenas para manter a peça no nível correcto aquando o aperto.

Cilindros de aperto

Para o aperto das peças foram utilizados cilindros de aperto hidráulicos da marca Roemheld. Tendo esta marca uma vasta gama de modelos, optou-se pelo mais económico. Pois cumpre perfeitamente os requisitos para o tipo de equipamento que está a ser projectado. O modelo de cilindro escolhido foi o 1825-111, ref. 43, foram utilizados 3 cilindros iguais, tendo todas as garra de aperto o mesmo comprimento. Foi projectada uma nova cabeça para a garra de cada cilindro, ref. 49.

Fig. 4 - Cilindro de aperto Roemheld 1825-111 A alimentação do óleo nos cilindros é toda feita através de furos na base, ref. 45, esses furos foram projectados tendo em conta a posição dos cilindros. Os furos de alimentação do óleo no interior da placa têm 8mm de diâmetro, mas os de bypass desses furos para os cilindros têm apenas 4mm dadas as especificações dos cilindros.

Conectores

Foram utilizados conectores Parker – modelo GE08LR – BSPP – G1/4 A, ref. 36, para ligar os furos da base aos tubos de entrada e saída do óleo.

Fig. 5 - Conector Parker GE-R BSPP


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Obturadores dos furos

Os furos foram obturados com Expanders da Koenig, tendo sido usados Expanders de dois tamanhos distintos, para tapar os furos de 4mm (MB600 – 050) e 8mm (MB600 – 090), ref. 40 e 41 respectivamente.

Fig. 6 – Obturadores de furos Expanders Koenig


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Vedação da peça Os orifícios da peça a ser vedados são 5. Dois deles estão na base e são tapados por borrachas circulares, no desenho de conjunto, ref. 42 e 44. Para vedar os restantes 3 orifícios, recorreu-se ao uso de cilindros pneumáticos com tampões e borrachas de vedação na ponta da haste.

Fig. 7 - Posição dos furos a ser vedados na peça com o uso de cilindros pneumáticos

Cilindros pneumáticos

Existem diversas marcas de cilindros pneumáticos, tendo-se escolhido uma marca líder de mercado, a Festo. Como se trata de uma aplicação relativamente simples, escolheram-se cilindros standard com um curso de 80mm, ref. 18.

Fig. 8 - Cilindro pneumático Festo (standard) - DCN-50


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Auxiliares da vedação

Acoplamento elástico Para obturar os orifícios, para além do já mencionado cilindro pneumático, existe na ponta

de cada haste do cilindro um acoplamento elástico que permite a vedação da peça mesmo que existam pequenos desvios na posição dos orifícios, ref. 15, 21 e 28. Inicialmente pensaram-se noutras soluções, inclusive numa solução com molas, porém esta seria a mais económica e igualmente funcional.

Borrachas de vedação Existe também uma borracha na ponta de cada tampão, ref. 16, 22 e 27, para optimizar a

vedação. Essas borrachas deverão ser trocadas quando se verificar desgaste.

Freio hidráulico O orifício 1 por possuir uma grande área, a força exercida no cilindro é muito elevada. Deste

modo, foi projectado um freio hidráulico de forma a impedir o recuo do cilindro, mantendo a completa vedação desse orifício.

O freio hidráulico projectado é composto basicamente por um corrector de rotação da haste,

para minimizar desvios radiais, e por um freio hidráulico Kostyrka, ref. 35, que pode trabalhar a pressões entre 50-450bar, permite um bloqueio excelente da haste a que está acoplado, mantendo a posição de vedação bloqueada durante o ensaio, neste caso, trabalhando a uma pressão de 150 bar exerce uma força de bloqueio de cerca de 500 daN.

Fig. 9 - Freio hidráulico Kostyrka


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Projecto do circuito hidráulico

O circuito hidráulico deste projecto é um circuito simples, tendo em atenção que apenas precisamos de controlar um freio hidráulico e três cilindros de aperto que funcionam simultaneamente.

Assim, o circuito hidráulico é constituído por uma Power Unit, ref. 0Z1, que trabalha a uma

pressão máxima de 160bar, possuindo 2 válvulas 3/2 direccionais com pressure switchs que controlam o aperto dos cilindros, ref. 1A#. Foi adicionada uma válvula direccional 3/2 com pressure switch, ref. 0V1, idêntica à que vem na Power Unit para controlar o freio hidráulico, ref. 2A1.

Fig. 10 - Circuito hidráulico

Tab. 1 - Legenda do circuito hidráulico

Ref. Nome Marca Norma 0Z1 Power-Unit 8400-388 0V1 Válvula direccional 3/2 com pressure switch 2360-153 1A1 1A2 1A3

Cilindro de Aperto Roemheld

1825-111

2A1 Freio hidráulico Kostyrka 5350.020.045


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Projecto do circuito pneumático O circuito pneumático é bastante simples, consiste em fazer avançar e recuar 3 cilindros

pneumáticos, ref. 1A#. Para tal é utilizada uma válvula direccional ISO de comando eléctrico, ref. 0V1.

Fig. 11 - Circuito pneumático

Tab. 2 - Legenda do circuito pneumático

Ref. Nome Marca Norma 0V1 Válvula direccional ISO 5/2 MUH-5/2-D-1C-VI 1A1 1A2 1A3

Cilindro pneumático Festo DCN-50-80-PPV-A


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Funcionamento da máquina A peça é colocada na base na posição correcta, como se pode ver no desenho de conjunto. Actuando um botão, o controlador inicia o programa a ser executado, que consiste em:

- Os sensores de segurança são activados; - Os cilindros de aperto são actuados fixando a peça; - Os cilindros pneumáticos são actuados e avançam até obliterar os furos da peça; - É actuado o freio Kostyrka, de forma a impedir o recuo do cilindro que está sujeito a forças mais elevadas; - É activado o ensaio com o micro-fugometro, que está previamente programado para o ensaio em questão, inicia-se o enchimento da peça com ar comprimido, segue-se a estabilização, é feito o teste e finalmente a evacuação do ar; - É desactivado o freio hidráulico; - Os cilindros pneumáticos recolhem; - Os cilindros de aperto são desactivados e recolhem à posição inicial; - Os sensores de segurança são desligados.

A peça é retirada e consoante o resultado do teste a peça é rejeitada ou validada.

Reinicia-se o ciclo com uma nova peça.


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Conclusão Tem-se consciência que este projecto ficou aquém do que poderia ter sido feito, pois foram ignorados alguns aspectos pela sua complexidade ou tempo de concepção.

Como por exemplo: - O desenho todas as peças projectadas em detalhe; - O desenho da estrutura da máquina como um desenho aparte referenciando todas as peças utilizadas, em vez disso para simplificar considerou-se a estrutura e as peças que a ligam à base como um todo; - A escolha de um controlador numérico que comanda todas as válvulas e sistema de segurança óptico; - A fonte de ar comprimido; - Etc.

A manutenção da máquina deverá ser feita a todos os componentes que o necessitam, mais

concretamente aos móveis. Mas também, por exemplo, nos vedantes de borracha que tapam os furos da peça. Que se irão desgastar ao longo do tempo, tornando os testes efectuados pela máquina não fiáveis.

Para se poder dobrar os tubos as suas curvas foram feitas com um raio 2,75X o seu diâmetro. Grande parte das peças da máquina estão sobredimensionadas, não tendo sido efectuados

cálculos na sua concepção, apenas se teve em consideração o custo de produção e o material utilizado. Note-se que neste tipo de máquinas poucas peças são projectadas, pois já existe no mercado grande parte dos componentes utilizados. Por último, agradece-se ao docente supervisor do projecto, Eng. Adérito Varejão, pelo tempo disponibilizado e apoio durante todo o projecto.


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Bibliografia

[1] www.ateq.com [2] www.ateq.com.br

[3] www.boschrexroth.com

[4] www.contech-torino.it/bussole-bloccaggio-oleodinamiche-p-115.html?cPath=65

[5] www.elesa.com

[6] www.festo.com

[7] www.kostyrka.com

[8] www.kvt-koenig.at/eng/webs/expander_d.html

[9] www.parker.com

[10] www.pilz.com

[11] www.roemheld.de

[12] Morais, Simões, Desenho de construções Mecânicas – Desenho Técnico Básico 3, Porto

Editora, 21ºEd. 2000;

[13] Arlindo Silva, Desenho Técnico Moderno, LIDEL – Edições Técnicas lda., 2001;

[14] Desenho de Construções Mecânicas, Sebenta – 2001/2004, Faculdade de Engenharia da

Universidade do Porto;

[15] C. Moura Branco, Projecto de Órgãos de Máquinas, Fundação Calouste Gulbenkian,

2005

Documents

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