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Elementos finitos como ferramenta auxiliar na análise estrutural estática de uma colhedora de café do tipo automotriz
(Universidade Federal de Lavras, 2013-01-29) Silva, Evandro Pereira da; Silva, Fábio Moreira da
A técnica de elementos finitos consiste basicamente em dividir um corpo criando uma malha constituída por várias partes ou elementos formados por nós. Essa técnica resolve equações para descrever o comportamento das variáveis envolvidas em um processo de análise por simulação. Com o objetivo de gerar resultados de tensão, deslocamento e deformação em uma estrutura de uma colhedora de café do tipo automotriz, aplicou-se a técnica de elementos finitos neste trabalho, utilizando um software específico para simulação estática. O modelo virtual analisado é composto de vários desenhos tridimensionais agrupados e separados de acordo com a sua posição e função dentro de toda a estrutura. As partes analisadas são chassi do motor, lateral direita, lateral esquerda, trave, frente, traseira, reservatório de café, rodas, reservatório de óleo combustível. Abastece-se o software com informações sobre materiais, conectores que mostram como os componentes foram conectados, informações de cargas presentes como o peso próprio e peso de componentes suprimidos da análise, locais onde a estrutura está fixa como as rodas, o tipo, tamanho e qualidade da malha que são fatores importantíssimos no processo de simulação. Após gerar a malha, o software executou o chamado estudo produzindo resultados definidos como tensão, deslocamento, deformação e fator de segurança, todos em relação a um sistema de coordenadas na origem. Realizaram-se quatro estudos ou simulações utilizando um mesmo modelo, mas com condições diferentes. Os estudos foram rodas traseiras alinhadas entre si com reservatório de café cheio, rodas traseiras desalinhadas entre si com reservatório de café cheio, estrutura com inclinação lateral de 20% em relação ao plano horizontal no sentido horário da esquerda para a direita com reservatório de café cheio e rodas traseiras alinhadas entre si com reservatório de café vazio. Compararam-se os resultados de todos os estudos entre si e verificou-se que a tensão, deslocamento e deformação máximos foram encontrados no modelo inclinado. O modelo com rodas traseira desalinhadas apresentou menor deslocamento e deformação comparados ao modelo com rodas alinhadas, embora tenha apresentado maior tensão máxima de Von Misses. Fez-se também um comparativo entre as partes do modelo de cada estudo e se constatou uma maior concentração de tensão nas rodas traseiras, um maior deslocamento na parte dianteira da estrutura em todos os estudos e a parte traseira inclinada do reservatório, quando cheio, apresentou grandes deslocamentos. O fator de segurança menor foi 3,14 e a maior parte da estrutura apresentou fatores de segurança com valores acima de 5. Com a análise dos resultados, sugere-se uma nova distribuição de cargas, pois a roda guia localizada na dianteira apresentou valores de tensão bem inferiores aos encontrados nas outras rodas.
Projeto estrutural de uma colhedora de café operando em terrenos declivosos
(Universidade Federal de Lavras, 2018-04-23) Silva, Evandro Pereira da; Silva, Fábio Moreira da
Este trabalho tem como objeto de estudo a realização de um projeto estrutural de uma colhedora de café que opere em terrenos declivosos, tendo em vista a importância dessa parcela de terrenos presentes em várias regiões e também a falta de projetos de colhedoras que operem nessas condições. O objetivo principal deste trabalho foi obter resultados de projeto, ao se realizar análises na estrutura de um de uma nova concepção de máquina colhedora de café, que opere em terrenos com declive de 50%. As simulações foram feitas com o uso de software, utilizando a técnica de elementos finitos, considerando análise estática, com geração de resultados de tensões, deslocamentos, fatores de segurança e forças de reação nas regiões da roda que compõem a estrutura. Foi realizada, também, análise modal com objetivo de determinar as diversas frequências naturais que provocam deslocamentos, com o objetivo de se evitar o fenômeno da ressonância, o qual amplia os deslocamentos/deformações dos componentes. Com o uso de simulações em software, pode-se predizer situações de trabalho dessas máquinas, reduzindo-se tempo e custos com construções de protótipos. Para esse fim, analisou-se, como primeira parte do trabalho, os componentes estruturais principais da máquina, em que modelou-se a colhedora, seguindo alguns critérios de projeto baseados em peso, dimensões reduzidas para melhor mobilidade, deslocamento nos dois sentidos, tendo como características principais: o modelamento e simulação de uma colhedora com três rodas em distribuição triangular, estrutura superior em formato também triangular, cilindros vibradores desalinhados entre si de 300 mm, altura e largura máxima de 3,0 m e principalmente alturas diferentes entre as laterais da máquina, que permitam que operem em terrenos com até 50% de declividade. Foram obtidos alguns resultados de projeto que propiciaram importantes informações para uma nova simulação, que foi realizada após o modelamento mais completo da colhedora e foram aplicadas cargas em sua estrutura considerando componentes como: reservatório de café cheio, motor principal, cilindros vibradores, radiador, tanque de combustível, sistemas de transporte de café horizontais e verticais, motorista, dentre outros. Como resultados, obteve-se um fator de segurança mínimo dentro do aceitável para materiais dúcteis, distribuição desigual de carga entre as duas rodas do lado direito, quando comparada com a roda do lado esquerdo, que apresentou menores valores de carga sobre ela, sugerindo-se uma melhor distribuição de pesos entre as rodas. Os valores de deslocamentos foram de pequena intensidade, mas os valores dos deslocamentos, em algumas frequências naturais determinadas, foram considerados de grande magnitude. Na segunda parte do trabalho, na qual publicou-se um artigo, foram geradas vinte formas modais, após análise modal, considerando o reservatório da colhedora vazio e cheio de café. As simulações foram realizadas pelo método dos elementos finitos em que foram aplicadas condições de contorno reais no chassi motor da colhedora. Como resultados, observaram-se regiões dos componentes com tensões acima do limite de escoamento do material. Observou- se também, na parte traseira do chassi, maiores deslocamentos, o que sugere novo posicionamento da roda traseira para obtenção de distribuição uniforme das cargas. Algumas frequências naturais, que apresentaram maiores deslocamentos/deformações, podem ser alcançadas pelo funcionamento do motor principal associado também ao sistema de vibradores na derriça do café, podendo causar falha de componentes.