Trabalho Acionamentos Hidraulicos

4 2 pontos Complete o circuito pneumático apresentado abaixo de acordo com a sequência apresentada para os atuadores utilizando o Método Cascata A B C B C A UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE ENGENHARIAS Disciplina Acionamento Hidráulicos e Pneumáticos Avaliação Prova Professor Gilson Porciúncula Aluno a Data 17102024 1 Considere o esquema ao lado e resolva o que se pede a 05 pontos As câmaras do cilindro são identificadas como A1 e B1 Em qual dessas câmaras é preciso gerar pressão para elevar a carga de massa M E quanto ao sentido de escoamento fluxo entrando na câmara ou saindo como é a vazão de óleo em QB1 b 1 ponto Se a força gerada pela massa M é de 10000kgf Dimensione este atuador e defina o valor da pressão capaz de elevar a carga Considere que o atuador tem 100 cm de extensão e com as duas extremidades fixas c 05 pontos Se a carga deve ser elevada com uma velocidade de 02ms qual o valor da vazão de óleo de QB2 2 1 pontos Considerando o circuito do sistema hidráulico a o lado resolva as questões a Explique a função das válvulas de controle de pressão ligada aos atuadores no circuito b De acordo com o circuito qual é a sequência de avanço e retorno dos atuadores Represente a sequência por meio do diagrama Trajeto Passo c O atuador C tem diâmetro de 120 mm e haste de 50mm A carga máxima que este suporta é de 10000 kgf Sendo assim qual a pressão que deve ser regulada na VCP para o retorno considerando a carga máxima 3 1 pontos Uma bomba hidráulica com deslocamento volumétrico de 25 cm3rot é acionada a 1440 rpm por um motor de 10 kW Se o rendimento total é de 85 e o rendimento hidromecânico é de 90 determine a A vazão fornecida pela bomba em litros por minuto b A pressão máxima que a bomba pode suportar sem sobrecarregar o motor 1 Considere o esquema ao lado e resolva o que se pede a As câmaras do cilindro são identificadas como A1 e B1 Em qual dessas câmaras é preciso gerar pressão para elevar a carga de massa M E quanto ao sentido de escoamento fluxo entrando na câmara ou saindo como é a vazão de óleo em QB1 Resposta É preciso gerar pressão na câmara A1 para empurrar o êmbolo para cima Ao gerar pressão em A1 o óleo presente em B1 deve sair b Se a força gerada pela massa M é de 10000 kgf dimensione este atuador e defina o valor da pressão capaz de elevar a carga Considere que o atuador tem 100 cm de extensão e com as duas extremidades fixas Resposta O dimensionamento do atuador deve ser iniciado pelo diâmetro da haste o qual está conectado à carga e por este motivo está sujeito à deformação por flambagem Para que esta haste suporte a carga a força que ela deve transmitir deve ser equivalente ao da carga considerando um comprimento livre da deformação por flambagem e o módulo de elasticidade do material empregado na haste O diâmetro da haste com as considerações descritas acima é dado por dh 722Ft λ 2 Em 0 25 Onde Em módulo de elasticidade do aço Em20010 9 Nm 2 λ Comprimento livre da deformação por flambagem A tabela abaixo é empregada para determinar o comprimento livre de flambagem conforme montagem dos cilindros hidráulicos Para duas extremidades fixas λL2 onde L é o comprimento da haste 100 cm 1 metro Substituindo os valores considerando que a força total do pistão deve ser igual à carga Fa10000kgf 100000N temos dh 722Faλ 2 Em 025 72210000005 2 20010 9 025 003082m 3082mm Com base no valor calculado do diâmetro da haste podemos utilizar a tabela para obter seu valor comercial sempre um valor maior e mais próximo A tabela abaixo apresenta esses valores De acordo com a tabela coluna 2 o valor comercial para o diâmetro da haste é igual a 36 mm A partir deste valor podemos determinar o diâmetro do êmbolo correspondente coluna 1 com valor de 63 mm A figura abaixo esquematiza os diâmetros e respectivas áreas do atuador Agora podemos determinar a pressão a ser aplicada na área do êmbolo para elevar a carga Esta pressão é dada por Pa kgf cm 2 Fakgf Aec m 2 ou Pa Nm 2 FaN Aem 2 A área do êmbolo é dada pela seção circular de diâmetro 63 mm Ae π D p 2 4 π 6 3 2 4 3117cm 2 Logo a pressão para elevar a carga é dada por Pa10000 3117 3208kgf cm 23208 c Se a carga deve ser elevada com uma velocidade de 02 ms qual a vazão de óleo de QB1 Resposta A vazão induzida em B1 QiB quando o pistão avança com velocidade va02ms20cms é dada por QiBcm³ sva cm s Ar c m 2 Onde Ar área do retorno equivalente à área do êmbolo menos a área da haste Cálculo da área da haste Ahπ dh 2 4 π 36 2 4 1018c m 2 Cálculo da vazão induzida em B QiBva AeAh20 31171018 41987c m 3s2519lmin 2 Considerando o circuito do sistema hidráulico abaixo resolva as questões a Explique a função das válvulas de controle de pressão ligada aos atuadores no circuito Resposta Estas válvulas são usadas no circuito para sequenciar o avanço e o retorno dos pistões b De acordo com o circuito qual é a sequência de avanço e retorno dos atuadores Represente a sequência por meio do diagrama Trajeto Passo Resposta Sequência de avanço A B C Sequência de retorno A B C Diagrama Trajeto Passo c O atuador C tem diâmetro de 120 mm e haste de 50 mm A carga máxima que este suporta é de 10000 kgf Sendo assim qual a pressão que deve ser regulada na VCP para o retorno considerando a carga máxima Resposta Primeiramente vamos calcular a pressão máxima a ser aplicada na área da coroa área do êmbolo menos a área da haste quando a carga máxima está aplicada Assim ArAeAhπ de 2 4 π dh 2 4 π 4 de 2dh 2 PmaxFmax Ar 1000010 π 4 012 2005 2 107 MPa107 Em seguida subtrair a pressão da pressão de alimentação Δ PP1P21101073 Fiquei na dúvida quanto ao ajuste da PCV mas simulei no FluidSIM H e deu certo da seguinte forma 3 Uma bomba hidráulica com deslocamento volumétrico de 25 cm³rotação é acionada a 1440 rpm por um motor de 10 kW Se o rendimento total é de 85 e o rendimento hidromecânico é de 90 determine a A vazão fornecida pela bomba em litros por minuto Resposta Primeiramente devemos determinar o rendimento volumétrico ηvol dado por ηvolηtotal ηhm 085 090 09444 Logo a vazão real da bomba é dada por QB litrosmin DB c m 3rot nB rotmin ηvol 1000 25144009444 1000 34 litrosmin b A pressão máxima que a bomba pode suportar sem sobrecarregar o motor Resposta A pressão máxima sem sobrecarregar o motor é dada por P kW PB 4 Complete o circuito pneumático apresentado abaixo de acordo com a sequência apresentada para os atuadores utilizando o Método Cascata Sequência A B C B C A Resposta 1º passo Alimentar pneumaticamente as válvulas 52 vias 2º passo conectar os primeiros comandos de cada grupo linha 1 A linha 2 B C Eles devem ser alimentados pela linha correspondente de cada grupo 3º passo completar o restante do comando em cada grupo linha 1 B C linha 2 A Eles devem ser alimentados pela linha correspondente de cada grupo O detalhe aqui é que o fimdecurso A deve comandar as válvulas dos pistões B e C simultaneamente 4º passo Inserir os comandos que fazem a comutação entre os grupos os últimos finsdecurso em cada grupo Eles devem ser alimentados pela linha anterior Linha 1 para Linha 2 C Linha 2 para Linha 1 A 5 Considerando o circuito ao lado um sistema eletropneumático sequencial onde três atuadores A B e C são acionados de forma automática a partir do disparo do operador Responda as questões abaixo a De acordo com o circuito qual a sequência de acionamento dos atuadores Representar por meio de um diagrama TrajetoPasso Resposta Seguindo a sequência de acionamento das bobinas e das eletroválvulas bem como comando dos finsde curso a sequência obtida é A C B B C A TrajetoPasso b Qual dos atuadores recua primeiro Qual dos atuadores avança por último Resposta De acordo com o diagrama trajetopasso os atuadores que recuam primeiro são os atuadores B e C O atuador que avança por último é o atuador B c Especifique as válvulas pneumáticas de comando do sistema Resposta As válvulas pneumáticas de comando do sistema são do tipo 52 vias com duplo solenoide Existem ainda válvulas de controle de fluxo para ajustar a velocidade de avanço e retorno dos pistões d Qual o nome do método de projeto do circuito sequencial utilizado Resposta Este método de acionamento é o Método de Sequência Mínima que é equivalente ao método cascata para sistemas eletropneumáticos 6 Dimensione um atuador hidráulico de dupla ação para suportar uma carga de 5500 kgf A fixação do atuador é articulada em uma das extremidades e a outra é fixa O comprimento com haste estendida é de 100 cm e a vazão no sistema de 35 litrosminuto Defina as pressões e as velocidades máximas no avanço e no recuo Resposta O procedimento de dimensionamento é semelhante ao da Questão 1 Diâmetro da haste por avaliação de Flambagem Valor comercial do diâmetro da haste Valor comercial do diâmetro do êmbolo Cálculo das áreas do êmbolo e haste cálculo das pressões utilizando força fornecida carga e áreas aplicáveis Cálculo das velocidades com as áreas e vazão O diâmetro da haste dh considerando a deformação por flambagem é dada por dh 722Ft λ 2 Em 0 25 Para uma extremidade fixa e outra articulada λL05 onde L é o comprimento da haste Dada a força total é igual à carga Fa5500kgf 55000N temos dh 722Ft λ 2 Em 0 25 72255000105 2 20010 9 025 003m3157mm Tabela Semelhante à Questão 01 os valores comercias para o diâmetro da haste e diâmetro do êmbolo são iguais a 36 mm e 63 mm respectivamente Cálculo das áreas Ae π D p 2 4 π 6 3 2 4 3117cm 2 Ahπ dh 2 4 π 36 2 4 1018c m 2 Cálculo das pressões de avanço e retorno Pa kgf cm 2 Fakgf Aecm 2 5500 3117 17644 kgf c m 217644 Pr kgf cm 2 Fkgf AeAhcm 2 5500 31171018 26203kgf cm 226203 Cálculo das velocidades Q c m 3 sQ d m 3 min 1000 c m 3 d m 3 1 60 min s Q35 1000 60 58333cm 3 s vacm sQ cm 3 s Aec m 2 58333 3117 18 71cms vr cm sQ c m 3s Ar cm 2 Q AeAh 58333 31171018 27 79cm s 7 Complete as linhas de pressão do circuito ao lado para um funcionamento adequado Identifique e especifique cada componente Resposta Especificação dos componentes Compressor de ar Filtro de ar Válvula 32 vias com atuador manual por botoeira e retorno por mola Pistão de simples ação com retorno por mola 1 Considere o esquema ao lado e resolva o que se pede a As câmaras do cilindro são identificadas como A1 e B1 Em qual dessas câmaras é preciso gerar pressão para elevar a carga de massa M E quanto ao sentido de escoamento fluxo entrando na câmara ou saindo como é a vazão de óleo em QB1 Resposta É preciso gerar pressão na câmara A1 para empurrar o êmbolo para cima Ao gerar pressão em A1 o óleo presente em B1 deve sair b Se a força gerada pela massa M é de 10000 kgf dimensione este atuador e defina o valor da pressão capaz de elevar a carga Considere que o atuador tem 100 cm de extensão e com as duas extremidades fixas Resposta O dimensionamento do atuador deve ser iniciado pelo diâmetro da haste o qual está conectado à carga e por este motivo está sujeito à deformação por flambagem Para que esta haste suporte a carga a força que ela deve transmitir deve ser equivalente ao da carga considerando um comprimento livre da deformação por flambagem e o módulo de elasticidade do material empregado na haste O diâmetro da haste com as considerações descritas acima é dado por 𝑑ℎ 722 𝐹𝑡 𝜆2 𝐸𝑚 025 Onde 𝐸𝑚 módulo de elasticidade do aço 𝐸𝑚 200 109 𝑁 𝑚2 𝜆 Comprimento livre da deformação por flambagem A tabela abaixo é empregada para determinar o comprimento livre de flambagem conforme montagem dos cilindros hidráulicos Para duas extremidades fixas 𝜆 𝐿2 onde 𝐿 é o comprimento da haste 100 cm 1 metro Substituindo os valores considerando que a força total do pistão deve ser igual à carga 𝐹𝑎 10000 𝑘𝑔𝑓 100000 𝑁 temos 𝑑ℎ 722 𝐹𝑎 𝜆2 𝐸𝑚 025 722 100000 052 200 109 025 003082 𝑚 3082 𝑚𝑚 Com base no valor calculado do diâmetro da haste podemos utilizar a tabela para obter seu valor comercial sempre um valor maior e mais próximo A tabela abaixo apresenta esses valores De acordo com a tabela coluna 2 o valor comercial para o diâmetro da haste é igual a 36 mm A partir deste valor podemos determinar o diâmetro do êmbolo correspondente coluna 1 com valor de 63 mm A figura abaixo esquematiza os diâmetros e respectivas áreas do atuador Agora podemos determinar a pressão a ser aplicada na área do êmbolo para elevar a carga Esta pressão é dada por 𝑃𝑎 𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 𝐹𝑎 𝑘𝑔𝑓 𝐴𝑒 𝑐𝑚2 𝑜𝑢 𝑃𝑎 𝑁 𝑚2 𝐹𝑎 𝑁 𝐴𝑒 𝑚2 A área do êmbolo é dada pela seção circular de diâmetro 63 mm 𝐴𝑒 𝜋 𝐷𝑝2 4 𝜋 632 4 3117 𝑐𝑚2 Logo a pressão para elevar a carga é dada por 𝑃𝑎 10000 3117 3208 𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 3208 𝑏𝑎𝑟 c Se a carga deve ser elevada com uma velocidade de 02 ms qual a vazão de óleo de QB1 Resposta A vazão induzida em B1 𝑄𝑖𝐵 quando o pistão avança com velocidade 𝑣𝑎 02 𝑚 𝑠 20 𝑐𝑚 𝑠 é dada por 𝑄𝑖𝐵𝑐𝑚³ 𝑠 𝑣𝑎 𝑐𝑚 𝑠 𝐴𝑟 𝑐𝑚2 Onde 𝐴𝑟 área do retorno equivalente à área do êmbolo menos a área da haste Cálculo da área da haste 𝐴ℎ 𝜋 𝑑ℎ 2 4 𝜋 362 4 1018 𝑐𝑚2 Cálculo da vazão induzida em B 𝑄𝑖𝐵 𝑣𝑎 𝐴𝑒 𝐴ℎ 20 3117 1018 41987 𝑐𝑚3 𝑠 2519 𝑙 𝑚𝑖𝑛 2 Considerando o circuito do sistema hidráulico abaixo resolva as questões a Explique a função das válvulas de controle de pressão ligada aos atuadores no circuito Resposta Estas válvulas são usadas no circuito para sequenciar o avanço e o retorno dos pistões b De acordo com o circuito qual é a sequência de avanço e retorno dos atuadores Represente a sequência por meio do diagrama Trajeto Passo Resposta Sequência de avanço A B C Sequência de retorno A B C Diagrama Trajeto Passo c O atuador C tem diâmetro de 120 mm e haste de 50 mm A carga máxima que este suporta é de 10000 kgf Sendo assim qual a pressão que deve ser regulada na VCP para o retorno considerando a carga máxima Resposta Primeiramente vamos calcular a pressão máxima a ser aplicada na área da coroa área do êmbolo menos a área da haste quando a carga máxima está aplicada Assim 𝐴𝑟 𝐴𝑒 𝐴ℎ 𝜋𝑑𝑒2 4 𝜋𝑑ℎ 2 4 𝜋 4 𝑑𝑒2 𝑑ℎ 2 𝑃𝑚𝑎𝑥 𝐹𝑚𝑎𝑥 𝐴𝑟 10000 10 𝜋 4 0122 0052 107 𝑀𝑃𝑎 107 𝑏𝑎𝑟 Em seguida subtrair a pressão da pressão de alimentação Δ𝑃 𝑃1 𝑃2 110 107 3 𝑏𝑎𝑟 Fiquei na dúvida quanto ao ajuste da PCV mas simulei no FluidSIM H e deu certo da seguinte forma 3 Uma bomba hidráulica com deslocamento volumétrico de 25 cm³rotação é acionada a 1440 rpm por um motor de 10 kW Se o rendimento total é de 85 e o rendimento hidromecânico é de 90 determine a A vazão fornecida pela bomba em litros por minuto Resposta Primeiramente devemos determinar o rendimento volumétrico 𝜂𝑣𝑜𝑙 dado por 𝜂𝑣𝑜𝑙 𝜂𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝜂ℎ𝑚 085 090 09444 Logo a vazão real da bomba é dada por 𝑄𝐵𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑚𝑖𝑛 𝐷𝐵𝑐𝑚3 𝑟𝑜𝑡 𝑛𝐵𝑟𝑜𝑡 𝑚𝑖𝑛 𝜂𝑣𝑜𝑙 1000 25 1440 09444 1000 34 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑚𝑖𝑛 b A pressão máxima que a bomba pode suportar sem sobrecarregar o motor Resposta A pressão máxima sem sobrecarregar o motor é dada por 𝑃 𝑘𝑊 𝑃𝐵 𝑏𝑎𝑟 𝑄𝐵 𝑙 𝑚𝑖𝑛 600 𝜂𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑃𝐵𝑏𝑎𝑟 600 𝑃 𝑘𝑊 𝜂𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑄𝐵 𝑙 𝑚𝑖𝑛 600 10 085 34 150 𝑏𝑎𝑟 4 Complete o circuito pneumático apresentado abaixo de acordo com a sequência apresentada para os atuadores utilizando o Método Cascata Sequência A B C B C A Resposta 1º passo Alimentar pneumaticamente as válvulas 52 vias 2º passo conectar os primeiros comandos de cada grupo linha 1 A linha 2 B C Eles devem ser alimentados pela linha correspondente de cada grupo 3º passo completar o restante do comando em cada grupo linha 1 B C linha 2 A Eles devem ser alimentados pela linha correspondente de cada grupo O detalhe aqui é que o fimdecurso A deve comandar as válvulas dos pistões B e C simultaneamente 4º passo Inserir os comandos que fazem a comutação entre os grupos os últimos finsdecurso em cada grupo Eles devem ser alimentados pela linha anterior Linha 1 para Linha 2 C Linha 2 para Linha 1 A 5 Considerando o circuito ao lado um sistema eletropneumático sequencial onde três atuadores A B e C são acionados de forma automática a partir do disparo do operador Responda as questões abaixo a De acordo com o circuito qual a sequência de acionamento dos atuadores Representar por meio de um diagrama TrajetoPasso Resposta Seguindo a sequência de acionamento das bobinas e das eletroválvulas bem como comando dos finsde curso a sequência obtida é A C B B C A TrajetoPasso b Qual dos atuadores recua primeiro Qual dos atuadores avança por último Resposta De acordo com o diagrama trajetopasso os atuadores que recuam primeiro são os atuadores B e C O atuador que avança por último é o atuador B c Especifique as válvulas pneumáticas de comando do sistema Resposta As válvulas pneumáticas de comando do sistema são do tipo 52 vias com duplo solenoide Existem ainda válvulas de controle de fluxo para ajustar a velocidade de avanço e retorno dos pistões d Qual o nome do método de projeto do circuito sequencial utilizado Resposta Este método de acionamento é o Método de Sequência Mínima que é equivalente ao método cascata para sistemas eletropneumáticos 6 Dimensione um atuador hidráulico de dupla ação para suportar uma carga de 5500 kgf A fixação do atuador é articulada em uma das extremidades e a outra é fixa O comprimento com haste estendida é de 100 cm e a vazão no sistema de 35 litrosminuto Defina as pressões e as velocidades máximas no avanço e no recuo Resposta O procedimento de dimensionamento é semelhante ao da Questão 1 Diâmetro da haste por avaliação de Flambagem Valor comercial do diâmetro da haste Valor comercial do diâmetro do êmbolo Cálculo das áreas do êmbolo e haste cálculo das pressões utilizando força fornecida carga e áreas aplicáveis Cálculo das velocidades com as áreas e vazão O diâmetro da haste 𝑑ℎ considerando a deformação por flambagem é dada por 𝑑ℎ 722 𝐹𝑡 𝜆2 𝐸𝑚 025 Para uma extremidade fixa e outra articulada 𝜆 𝐿05 onde 𝐿 é o comprimento da haste Dada a força total é igual à carga 𝐹𝑎 5500 𝑘𝑔𝑓 55000 𝑁 temos 𝑑ℎ 722 𝐹𝑡 𝜆2 𝐸𝑚 025 722 55000 1052 200 109 025 003 𝑚 3157 𝑚𝑚 Tabela Semelhante à Questão 01 os valores comercias para o diâmetro da haste e diâmetro do êmbolo são iguais a 36 mm e 63 mm respectivamente Cálculo das áreas 𝐴𝑒 𝜋 𝐷𝑝2 4 𝜋 632 4 3117 𝑐𝑚2 𝐴ℎ 𝜋 𝑑ℎ 2 4 𝜋 362 4 1018 𝑐𝑚2 Cálculo das pressões de avanço e retorno 𝑃𝑎 𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 𝐹𝑎 𝑘𝑔𝑓 𝐴𝑒 𝑐𝑚2 5500 3117 17644 𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 17644 𝑏𝑎𝑟 𝑃𝑟 𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 𝐹 𝑘𝑔𝑓 𝐴𝑒 𝐴ℎ 𝑐𝑚2 5500 3117 1018 26203 𝑘𝑔𝑓 𝑐𝑚2 26203 𝑏𝑎𝑟 Cálculo das velocidades 𝑄 𝑐𝑚3 𝑠 𝑄 𝑑𝑚3 𝑚𝑖𝑛 1000 𝑐𝑚3 𝑑𝑚3 1 60 𝑚𝑖𝑛 𝑠 𝑄 35 1000 60 58333 𝑐𝑚3 𝑠 𝑣𝑎𝑐𝑚 𝑠 𝑄 𝑐𝑚3 𝑠 𝐴𝑒 𝑐𝑚2 58333 3117 1871 𝑐𝑚 𝑠 𝑣𝑟𝑐𝑚 𝑠 𝑄 𝑐𝑚3 𝑠 𝐴𝑟 𝑐𝑚2 𝑄 𝐴𝑒 𝐴ℎ 58333 3117 1018 2779 𝑐𝑚 𝑠 7 Complete as linhas de pressão do circuito ao lado para um funcionamento adequado Identifique e especifique cada componente Resposta Especificação dos componentes Compressor de ar Filtro de ar Válvula 32 vias com atuador manual por botoeira e retorno por mola Pistão de simples ação com retorno por mola