centro universitário positivo desenvolvimento de triciclo para

CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO
DESENVOLVIMENTO DE TRICICLO PARA PORTADORES
DE NECESSIDADES ESPECIAIS
CURITIBA
2007
ELIO GUSTAVO NOGUEIRA
DESENVOLVIMENTO DE TRICICLO PARA PORTADORES
DE NECESSIDADES ESPECIAIS
Monografia apresentada para obtenção do título de
Engenheiro Mecânico, no curso de Graduação em
Engenharia Mecânica do Centro Universitário
Positivo.
Orientador: Prof. Edenilson Wichinescki
CURITIBA
2007
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho especialmente à pessoa que nada mais é do que o
pilar da minha vida. À minha amiga, minha heroína e meu amor, que lutou ao meu
lado a cada dia para que meu sonho pudesse ser alcançado.
Das dificuldades encontradas até aqui somente nós dois conhecemos as
marcas e guardamos as cicatrizes, por isso dedico minha vitória à senhora, minha
amada mãe, minha querida Elisabete.
ii
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao professor Edenilson Wichinescki, que como meu orientador
mostrou-se um grande parceiro, confiando nas minhas idéias e mostrando o
caminho correto para que o objetivo pudesse ser atingido.
Ao professor Dario Mechi, que com a sua vasta experiência me ajudou a
enxergar e a corrigir os erros cometidos.
À professora Simone Hoefel, pela sua amizade, compreensão e tolerância,
me permitindo encontrar tempo para resolver os problemas do projeto.
Ao professor Mariano Pacholok, que com toda a sua calma, paciência e
sabedoria, tirou todas as dúvidas que surgiram no desenvolvimento do projeto.
Ao professor Cláudio Carreirão, por me indicar os pontos mais importantes a
serem observados na dinâmica do triciclo.
Aos portadores de necessidades especiais, membros da ADFP, os quais
contribuíram significativamente com suas idéias e que foram de grande importância
para o delineamento do projeto.
iii
EPÍGRAFE
“Se, a princípio, a idéia não é absurda, então não há esperança para ela”.
Albert Einstein
iv
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... VIII
LISTA DE TABELAS ................................................................................................ XI
RESUMO.................................................................................................................. XII
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
1.1 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA ............................................................................. 1
1.2 OBJETIVO GERAL............................................................................................... 2
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 2
1.3.1 DELIMITAÇÃO DO TRABALHO........................................................................ 2
1.4 ESCOPO DO PROJETO ...................................................................................... 3
1.5 ESTRUTURA DE APRESENTAÇÃO ................................................................... 3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................... 4
2.1 ASPECTO SOCIAL .............................................................................................. 4
2.2 TRABALHOS EXISTENTES................................................................................. 7
2.3 CUSTO PARA A MODIFICAÇÃO EM VEÍCULOS DE PASSSEIO .................... 12
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................ 13
3.1 LITERATURA UTILIZADA .................................................................................. 13
3.2 FERRAMENTAS UTILIZADAS PARA A GARANTIA DA QUALIDADE .............. 15
3.2.1 BRAINSTORMING .......................................................................................... 15
3.2.2 FMEA - ANÁLISE DOS TIPOS DE FALHAS E EFEITOS ............................... 16
3.3 MODELAMENTO NO SOFTWARE CATIA ........................................................ 18
3.4 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO....................................................................... 19
3.4.1 PROCESSO DE SOLDAGEM ......................................................................... 19
3.5 USINAGEM ........................................................................................................ 22
3.5.1 FRESAMENTO................................................................................................ 23
3.5.2 TORNEAMENTO............................................................................................. 24
3.6 TRATAMENTO SUPERFICIAL E PINTURA ...................................................... 25
3.7 MONTAGEM ...................................................................................................... 26
3.8 EQUAÇÕES UTILIZADAS PARA A ANÁLISE DO PROJETO ........................... 27
3.8.1 SEGUNDA LEI DE NEWTON.......................................................................... 27
3.8.2 MOMENTO DE UMA FORÇA.......................................................................... 27
3.8.3 MOMENTO DE UM BINÁRIO.......................................................................... 28
v
3.8.4 DIAGRAMA DE CORPO LIVRE ...................................................................... 28
3.8.5 ELEMENTOS DE MÁQUINAS......................................................................... 29
3.8.6 DINÂMICA DE MÁQUINAS ............................................................................. 29
3.8.7 FÍSICA ............................................................................................................. 30
3.8.8 ABNT NBR 9050A ........................................................................................... 30
4 DESENVOLVIMENTO........................................................................................... 31
4.1 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO .................. 31
4.1.1 ITENS RELATADOS E SUAS CONSEQUÊNCIAS ......................................... 31
4.2 BRAINSTORMING ............................................................................................. 35
4.3 PLANO DE AÇÃO .............................................................................................. 35
4.4 REQUISITOS DO PROJETO CONFORME CAPÍTULOS 1.2, 1.3 E 1.4 ............ 36
4.4.1 ESCOPO EFETIVO DO PROJETO................................................................. 36
4.5 CADEIRAS DE RODAS ENCONTRADAS NO MERCADO................................ 36
4.6 MODELAMENTO DA CADEIRA DE RODAS ..................................................... 37
4.7 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO DISPONÍVEIS NO MERCADO ...................... 38
4.8 ESCOLHA DO TUBO ADEQUADO.................................................................... 40
5 RESULTADOS E VALIDAÇÃO ............................................................................ 40
5.1 DEFINIÇÃO DO LAYOUT E OTIMIZAÇÕES ..................................................... 42
5.2 SUSPENSÃO TRASEIRA .................................................................................. 45
5.3 SUSPENSÃO DIANTEIRA ................................................................................. 48
5.3.1 SISTEMA DE DESLIZAMENTO VERTICAL.................................................... 48
5.3.2 SISTEMA DE BRAÇOS SOBREPOSTOS ...................................................... 49
5.3.3 SISTEMA MACPHERSON .............................................................................. 49
5.3.4 ESCOLHA DA SUSPENSÃO ADEQUADA ..................................................... 50
5.3.5 MODELAMENTO DA SUSPENSÃO DIANTEIRA ........................................... 51
5.3.6 MODELAMENTO DA MANGA......................................................................... 54
5.3.7 AMORTECEDORES........................................................................................ 57
5.4 CAIXA DE DIREÇÃO.......................................................................................... 57
5.4.1 CÁLCULOS DOS ESFORÇOS DE DIREÇÃO ................................................ 62
5.4.2 SUPORTE DO GUIDÃO.................................................................................. 63
5.4.3 DETERMINAÇÃO DO MENOR RAIO DE CURVATURA ................................ 64
5.5 DETERMINAÇÃO DAS MÁXIMAS VELOCIDADES EM CURVAS .................... 65
5.6 ACESSO AO COCKPIT...................................................................................... 65
vi
5.7 SISTEMA DE SEGURANÇA .............................................................................. 68
5.7.1 PROTETOR CERVICAL.................................................................................. 68
5.7.2 TRAVAS DE SEGURANÇA............................................................................. 69
5.7.3 CINTO DE SEGURANÇA ................................................................................ 70
5.7.4 LANTERNAGEM ............................................................................................. 71
5.7.5 CÁLCULO DO SISTEMA DE FREIOS ............................................................ 71
5.8 APLICAÇÃO DO FMEA DE PROJETO .............................................................. 73
5.9 DEFINIÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CONTORNO ............................................. 73
5.9.1 REAÇÕES DE APOIO..................................................................................... 74
5.9.2 ANÁLISE ESTRUTURAL DA SUSPENSÃO E DA GAIOLA ............................ 75
5.10 MOTORIZAÇÃO ............................................................................................... 83
5.10.1 SISTEMA DE CÂMBIO.................................................................................. 84
5.10.2 RELAÇÃO DE TRANSMISSÃO..................................................................... 84
5.10.3 MARCHA À RÉ.............................................................................................. 85
5.11 VISTA GERAL DO TRICICLO .......................................................................... 86
5.12 CUSTO DE FABRICAÇÃO............................................................................... 87
6 CONCLUSÃO ....................................................................................................... 88
GLOSSÁRIO ............................................................................................................ 90
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 91
ANEXOS .................................................................................................................. 94
APÊNDICES........................................................................................................... 101
vii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - CONJUNTO BICICLETA E CADEIRA .................................................... 7
FIGURA 2 - RAMPA PARA CADEIRA DE RODAS .................................................... 8
FIGURA 3 - ESTAÇÃO TUBO.................................................................................... 8
FIGURA 4 - PLATAFORMA DE ACESSO AO TUBO................................................. 9
FIGURA 5 - ACIONAMENTO DA PLATAFORMA ...................................................... 9
FIGURA 6 - CATRACA DE SAÍDA ........................................................................... 10
FIGURA 7 - PLATAFORMA DOS ÔNIBUS DE LINHAS SECUNDÁRIAS................ 10
FIGURA 8 - ACESSO AO COCKPIT ........................................................................ 11
FIGURA 9 - TRICICLO BMW ................................................................................... 11
FIGURA 10 - SOLDAGEM COM ELETRODO REVESTIDO ................................... 21
FIGURA 11 - SOLDAGEM MIG/MAG....................................................................... 22
FIGURA 12 - OPERAÇÃO DE DESBASTE.............................................................. 24
FIGURA 13 - OPERAÇÃO DE DESBASTE.............................................................. 25
FIGURA 14 - DIAGRAMA DE CAUSA E EFEITO ................................................... 33
FIGURA 15 - MEMBROS DA ADFP ......................................................................... 34
FIGURA 16 - ESPERA PELO ÔNIBUS ADAPTADO................................................ 34
FIGURA 17 - CADEIRA DE RODAS ........................................................................ 37
FIGURA 18 - CADEIRA E MANEQUIM .................................................................... 38
FIGURA 19 - DIMENSÕES DO TUBO ..................................................................... 40
FIGURA 20 - LARGURA DA ESTRUTURA.............................................................. 41
FIGURA 21 - MODELAMENTO INICIAL .................................................................. 41
FIGURA 22 - COMPARAÇÃO COM O MANEQUIM ................................................ 42
FIGURA 23 - LARGURA FRONTAL ......................................................................... 43
FIGURA 24 - BINÁRIO DE FORÇAS ....................................................................... 43
FIGURA 25 - REFORÇO ESTRUTURAL ................................................................. 44
FIGURA 26 - INCLINAÇÃO FRONTAL .................................................................... 44
FIGURA 27 - SUPORTE DO MOTOR E DO TANQUE ............................................ 45
FIGURA 28 - RODA TRASEIRA............................................................................... 46
FIGURA 29 - BRAÇO DA SUSPENSÃO TRASEIRA ............................................... 46
FIGURA 30 - MONTAGEM DA RODA NO BRAÇO ................................................. 47
FIGURA 31 - MONTAGEM DO BRAÇO NA GAIOLA............................................... 47
viii
FIGURA 32 - SISTEMA DE DESLIZAMENTO VERTICAL ....................................... 48
FIGURA 33 - SISTEMA DE BRAÇOS SOBREPOSTOS.......................................... 49
FIGURA 34 - SISTEMA MACPHERSON.................................................................. 50
FIGURA 35 - BRAÇO SUPERIOR............................................................................ 51
FIGURA 36 - SUPORTE E MÃO FRANCESA.......................................................... 52
FIGURA 37 - BRAÇO INFERIOR ............................................................................. 52
FIGURA 38 - INCLINAÇÃO DOS PIVÔS ................................................................. 53
FIGURA 39 - AFASTAMENTO DOS PIVÔS ............................................................ 53
FIGURA 40 - MANGA............................................................................................... 54
FIGURA 41 - GEOMETRIA DE ACKERMANN......................................................... 55
FIGURA 42 - DIAGRAMA DE JEANTAUD ............................................................... 55
FIGURA 43 - PLANO DE REFERÊNCIA.................................................................. 56
FIGURA 44 - DETERMINAÇÃO DO BRAÇO DE DIREÇÃO.................................... 56
FIGURA 45 - MONTAGEM DOS AMORTECEDORES ............................................ 57
FIGURA 46 - CAIXA DE DIREÇÃO .......................................................................... 58
FIGURA 47 - ÂNGULO MÁXIMO DE ESTERÇAMENTO......................................... 59
FIGURA 48 - DESLOCAMENTO LONGITUDINAL .................................................. 60
FIGURA 49 - BARRA DE DIREÇÃO ........................................................................ 61
FIGURA 50 - ESFORÇOS NA DIREÇÃO................................................................. 62
FIGURA 51 - SUPORTE DO GUIDÃO ..................................................................... 64
FIGURA 52 - MENOR CURVA POSSÍVEL DE SER FEITA ..................................... 64
FIGURA 53 - RAMPA DE ACESSO ......................................................................... 67
FIGURA 54 - MOTO-REDUTOR ............................................................................. 68
FIGURA 55 - PROTETOR CERVICAL ..................................................................... 69
FIGURA 56 - TRAVAS DA CADEIRA....................................................................... 70
FIGURA 57 - CINTO DE SEGURANÇA ................................................................... 70
FIGURA 58 - CONJUNTO DE FREIO ...................................................................... 72
FIGURA 59 - REAÇÕES DE APOIO ........................................................................ 74
FIGURA 60 - ANÁLISE ESTÁTICA DA MANGA COM AÇO SAE 1020 ................... 76
FIGURA 61 - ANÁLISE DINÂMICA DA MANGA COM AÇO SAE 1020 ................... 76
FIGURA 62 - ANÁLISE DINÂMICA DA MANGA COM AÇO SAE 1045 ................... 77
FIGURA 63 - ANÁLISE ESTÁTICA DO PIVÔ COM AÇO SAE 1020 ....................... 77
FIGURA 64 - ANÁLISE DINÂMICA DO PIVÔ COM AÇO SAE 1020 ....................... 78
ix
FIGURA 65 - ANÁLISE ESTÁTICA DO BRAÇO INFERIOR .................................... 78
FIGURA 66 - ANÁLISE DINÂMICA DO BRAÇO INFERIOR .................................... 79
FIGURA 67 - CARREGAMENTO NO SUPORTE DO AMORTECEDOR ................. 79
FIGURA 68 - ANÁLISE ESTÁTICA DO BRAÇO SUPERIOR................................... 80
FIGURA 69 - ANÁLISE DINÂMICA DO BRAÇO SUPERIOR................................... 80
FIGURA 70 - RESTRIÇÕES APLICADAS NA GAIOLA ........................................... 81
FIGURA 71 - CARREGAMENTO ESTÁTICO NA GAIOLA ...................................... 82
FIGURA 72 - CARREGAMENTO DINÂMICO NA GAOILA ...................................... 82
FIGURA 73 - IMPACTO NA SUSPENSÃO .............................................................. 83
FIGURA 74 - PONTO DE FIXAÇÃO DA RODA DENTADA ..................................... 85
FIGURA 75 - TRANSMISSÃO E MARCHA À RÉ..................................................... 86
FIGURA 76 - PERSPECTIVA DO TRICICLO........................................................... 86
x
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - DIMENSÕES MAIS COMUNS.............................................................. 37
TABELA 2 - MATRIZ DE DECISÕES ....................................................................... 39
TABELA 3 - VELOCIDADE SEGURA EM CURVAS ................................................ 65
xi
RESUMO
Este trabalho tem o objetivo de demonstrar a aplicação da engenharia mecânica no
desenvolvimento de um transporte alternativo para usuários de cadeiras de rodas
que possuam movimentos nos membros superiores, oferecendo um veículo de fácil
acesso, comandos simplificados, seguro e que seja oferecido a um baixo custo.
O delineamento do projeto foi realizado partindo-se de uma pesquisa de campo para
verificar o que existe em termos de sistema de auxílio para o transporte, bem como
por uma pesquisa direta com os portadores de necessidades especiais para
identificar os problemas enfrentados e descobrir os seus desejos e necessidades,
utilizando uma metodologia eficaz para o direcionamento dos trabalhos. Como
embasamento teórico foram utilizados os conceitos vistos nas disciplinas de física,
elementos de máquinas, resistência dos materiais, dinâmica de máquinas e
processos de fabricação, além de um estudo relacionado à dinâmica dos automóveis
e das motocicletas. Para o desenvolvimento foi utilizado o software Catia, onde
vários
modelos
foram
criados
tomando
como
referencial
um
manequim
representando um usuário de cadeira de rodas, permitindo que várias otimizações
pudessem ser realizadas, até que se chegasse a um modelo adequado ao uso,
observando a ergonomia e a praticidade do triciclo. A análise estrutural foi realizada
utilizando o método dos elementos finitos para verificar se os materiais escolhidos e
as peças projetadas estavam de acordo com os requisitos do projeto.
Após concluídas as análises , verificou-se que o projeto está adequado ao uso,
podendo ser construído um protótipo futuramente, com a possibilidade ser feito um
trabalho de melhoria contínua do produto, a fim de oferecer um veículo cada vez
mais vantajoso aos portadores de necessidades especiais.
xii
1 INTRODUÇÃO
Segundo estudo promovido pela ONU (Organização das Nações Unidas),
cerca de 10% da população de países em desenvolvimento, como o Brasil,
apresenta algum tipo de deficiência física, podendo esta porcentagem chegar até
30% em países menos desenvolvidos ou com algum problema provocado por
questões étnicas, políticas ou religiosas, sendo que nestes casos, apenas 2%
recebem atendimento necessário para a sua reabilitação e inclusão social. O censo
mostra que existem mais de 610 milhões de deficientes no mundo e que pouco mais
de 50% fazem parte da população economicamente ativa.
No Brasil, o IBGE aponta que 24.5 milhões de brasileiros apresentam
alguma forma de deficiência, o que representa 14,5% da população, sendo que
destes 24.5 milhões, cerca 38,68% apresentam problemas motores. Devido a este
fato, é importante que se dê atenção às formas de locomoção disponíveis para
atender a essas pessoas, visto que o transporte pode implicar em vários fatores
como conseguir um trabalho ou realizar alguma atividade que necessite de
deslocamentos a grandes distâncias. Portanto, a fim de melhorar as condições de
transporte e promover a inclusão social, foi desenvolvido um veículo alternativo, com
um baixo custo em relação aos veículos de passeio adaptados e que visa atender às
pessoas que apresentam algum tipo de dificuldade para caminhar, e em especial
aqueles que utilizam cadeiras de rodas, oferecendo conforto e praticidade.
1.1 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA
A deficiência física vem sendo assistida de forma não satisfatória no que se
refere a grandes deslocamentos. Para deslocamentos sem o auxílio de terceiros, a
pessoa que possui deficiência parcial nos membros inferiores conta com muletas,
próteses e cadeira de rodas, o que permite sua locomoção precária apenas em
pequenos percursos.
Já para aqueles que sofrem da completa deficiência nos
membros inferiores e que dependem do uso integral da cadeira de rodas a
dificuldade encontrada para se locomover é muito maior, ainda mais quando
precisam utilizar-se do transporte público, visto que os ônibus são elaborados para
2
atender de forma generalizada aos usuários, não oferecendo qualquer conforto para
os portadores de necessidades especiais, além de outros problemas mais comuns.
1.2 OBJETIVO GERAL
Desenvolvimento de um triciclo motorizado para usuários de cadeira de
rodas, sendo uma alternativa ao transporte público, onde o usuário poderá embarcar
utilizando a sua própria cadeira de rodas como banco.
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
O projeto será elaborado visando atender aos usuários de cadeiras de rodas
que possuam movimentos nos membros superiores, podendo utilizar a cadeira de
rodas como banco do veículo, oferecendo flexibilidade para os diversos tipos de
cadeiras existentes e podendo ser utilizado para trafegar em ruas e avenidas como
um automóvel comum.
1.3.1 DELIMITAÇÃO DO TRABALHO
Alguns aspectos limitantes para a execução deste trabalho estão descritos
abaixo devido a sua grande importância. Devido ao fato de ser comum a adaptação
de veículos de passeio para serem utilizados por deficientes, bem como pelo fato de
não ter sido encontrado no mercado brasileiro nada parecido com o objetivo
proposto, não será feito um levantamento referente à legislação específica para
estes veículos. O projeto será desenvolvido de forma conceitual, sendo que somente
será construído um protótipo caso haja tempo disponível. Optando-se pela
construção, o processo dar-se-á nos laboratórios de usinagem e cad/cae do
UNICENP. As peças comuns de automóveis que serão utilizadas serão buscadas no
mercado de peças, portanto, não serão descritas as suas especificações técnicas.
Não serão abordadas neste trabalho as leis referentes à construção de
veículos automotores. Será descrito o tipo de motor a ser utilizado para a propulsão,
porém, não será detalhado o seu funcionamento.
3
1.4 ESCOPO DO PROJETO
Este trabalho tratará da concepção do produto, escolha dos materiais
adequados para a construção do chassi, tipo de suspensão, sistema de direção,
propulsão, câmbio, rampa de acesso e análise estrutural. Aspectos como segurança,
ergonomia e acessibilidade seguirão as solicitações feitas pelos próprios portadores
de necessidades especiais.
1.5 ESTRUTURA DE APRESENTAÇÃO
O desenvolvimento do projeto será apresentado nos capítulos seguintes de
forma a mostrar toda a sistemática de escolha de soluções para material da
estrutura, acesso ao transporte e tipo de acionamento utilizando como base o livro
de Pahl, Beitz, Feldhusen e Grote - Projeto na Engenharia (2005).
No projeto será levada em consideração a ergonomia do transporte, desde o
acesso pela rampa até o acesso aos comandos e direção. A análise estrutural será
feita via software Catia e a ergonomia será desenvolvida com o acompanhamento
dos profissionais de fisioterapia (professores do Unicenp).
O capítulo 1 retrata a importância do projeto para o meio social, mostrando
toda a problemática em questão e apresenta o foco do projeto. O capítulo 2 traz
alguns textos que descrevem as situações vividas pelos portadores de necessidades
especiais e também alguns equipamentos e dispositivos elaborados na tentativa de
amenizar o problema do transporte para os cadeirantes. O capítulo 3 mostra as
fundamentações teóricas, baseadas em livros voltados para a engenharia e que são
necessárias para o desenvolvimento do projeto. O capítulo 4 mostra toda a
sistemática para o desenvolvimento do trabalho, adotando-se o direcionamento
proposto na literatura indicada (Projeto na Engenharia). O capítulo 5 apresenta os
objetivos alcançados de acordo com o que foi proposto. O capítulo 6 mostra a
conclusão obtida com o trabalho, mostrando seus pontos positivos e aqueles que
são passíveis de serem otimizados.
4
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 ASPECTO SOCIAL
Muitos são os fatores que diferenciam os indivíduos numa sociedade como
raça, cor, ideologia política, formação educacional e cultural, detalhes fisiológicos e
antropométricos e que eventualmente afetam significativamente a vida desses
indivíduos. Porém, o que mais destaca a indiferença em relação a esses indivíduos
com necessidades especiais é a dificuldade de se integrarem à sociedade tornandose produtivos e independentes.
O obvio é que, países menos desenvolvidos como o nosso desperdiçam
recursos por não investirem nessas pessoas, que ao se integrarem aos meios
produtivos se tornariam uma importante parcela da economia, ao invés de
receberem
um
tratamento
paternalista
indefinidamente,
gerando
aspectos
psicológicos danosos e custos injustificados.
A seguir veremos alguns artigos divulgados, demonstrando a preocupação
com os portadores de necessidades especiais, justificando trabalhos principalmente
relacionados à locomoção, fator que liberta e integra o indivíduo à sociedade.
Em uma assembléia geral da ONU ocorrida em 9 de dezembro de 1975 ficou
proclamado em uma declaração que:
“O termo ‘pessoas deficientes’ refere-se a qualquer pessoa incapaz de
assegurar por si mesma, total ou parcialmente, as necessidades de uma vida
individual ou social normal, em decorrência de uma deficiência congênita ou não, em
suas capacidades físicas ou mentais”.
Fonte: http://www.dhnet.org.br
Esta declaração prevê ainda uma série de direitos que deverão ser
garantidos
às
pessoas
deficientes
sem
nenhuma
exceção,
distinção
ou
discriminação. Estes direitos são:
•
A proteção contra todo e qualquer regulamento e tratamento de natureza
discriminatória, abusiva ou degradante;
5
•
O direito ao respeito à sua dignidade como pessoa humana;
•
A igualdade de direitos civis e políticos;
•
De adoção de medidas próprias para capacitá-las a tornarem-se, quando
possível, autoconfiantes;
•
O
direito
a
tratamento
médico,
psicológico
e
funcional
para
o
desenvolvimento de capacidades e habilidades;
•
A segurança material em nível de vida decente, em atividades produtivas e
remuneradas de acordo com as aptidões;
Já a Organização Mundial da saúde publicou em 1980 uma classificação
internacional dos casos de: Impedimento, deficiência e incapacidade.
O impedimento diz respeito a uma alteração (dano ou lesão) psicológica,
fisiológica ou anatômica em um órgão ou estrutura do corpo humano. A deficiência
está ligada a possíveis seqüelas que restringiriam a execução de uma atividade. A
incapacidade diz respeito aos obstáculos encontrados pelos deficientes em sua
interação com a sociedade, levando-se em conta a idade, sexo, fatores sociais e
culturais.
Diante destas tentativas de classificação de quem é ou não deficiente, João
B. Cintra Ribas (1994) fez um estudo da situação em que se encontra a deficiência,
avaliando-se que existem diferenças sociais devido à forma como as pessoas são
construídas no mecanismo de relações humanas da sociedade moderna, passandose por pontos que vão desde o convívio com familiares, colegas de escola e
trabalho, até a sexualidade e a política envolvida na vida destes, sendo que são
estes fatores que acabam por definir a sua inclusão social.
Segundo uma notícia divulgada por Cassuça Benevides para a BBC Brasil, o
Brasil tem a melhor legislação das Américas voltada para os deficientes físicos.
Porém, na prática o que ocorre é que os 24,5 milhões de brasileiros ainda
não conquistaram muitos dos direitos previstos por lei. A notícia completa pode ser
vista no anexo 1 e um trecho da notícia é mostrado a seguir.
Marta Gil, coordenadora da Rede Saci, um projeto da Universidade de São
Paulo para ampliar a difusão de informações e estimular a inclusão social dos
deficientes, acredita que a liderança do Brasil apontada pelo relatório "reflete a
6
questão da intenção e das conquistas que o movimento teve nestes anos todos. Mas
nem sempre a realidade corresponde a tudo o que a nossa legislação prevê".
Fonte: http://www.eesc.usp.br
Uma
notícia
retirada
do
site
da
Câmara
Municipal
de
Curitiba
(http://www.cmc.pr.gov.br, em 27/02/2007), mostra a proposta feita pelo vereador Roberto
Hinça. A proposta dispensa as empresas de transporte coletivo de obedecer aos
locais de paradas obrigatórias ou pré-estabelecidas de ônibus, para embarque e
desembarque de passageiros.
Em uma matéria escrita por Marta Ortega à folha de Londrina, divulgada
pelo Ministério Público do Estado do Paraná, verificam-se as dificuldades
encontradas pelos deficientes da cidade que dependem do transporte público. Esta
matéria pode ser vista na íntegra no anexo 2. Dois trechos da matéria que retratam
os problemas encontrados pelos deficientes da cidade de Londrina são mostrados
abaixo:
Segundo Paulo Rogério Souza, um dos integrantes da Associação, a cidade
possui 20 ônibus adaptados com elevador e apenas quatro vans, que atendem os
1.200 deficientes físicos associados à Adefil. Só de cadeirantes Londrina tem 550
pessoas. ''350 deles deixam de ser atendidos, porque apenas 150 conseguem
acesso ao transporte'', afirma Souza. O motivo é que nem todas as linhas têm
ônibus adaptados e as vans não conseguem atender a demanda.
Fonte: http://celepar7cta.pr.gov.br
Outra reclamação é que os ônibus não param fora dos pontos,
desrespeitando a Lei Municipal 7.53 de 11 de junho de 1997, que permite o
embarque e o desembarque de passageiros no transporte coletivo fora dos pontos
fixados pela Companhia Municipal de Trânsito e Urbanização (CMTU).
Fonte: http://celepar7cta.pr.gov.br
Na
tentativa
de
construírem
dispositivos
e
equipamentos
que
proporcionassem uma maior liberdade para as pessoas portadoras de deficiência
física, vários trabalhos foram desenvolvidos.
7
Estes trabalhos foram desenvolvidos em cima de adaptações de ônibus,
modificações em carros, triciclos com acionamento manual, cadeiras de rodas
acopladas a bicicletas e um modelo da BMW, o qual mais se aproxima do objetivo
deste projeto.
Devido ao fato de não existir uma literatura voltada exclusivamente para o
estudo e desenvolvimento de triciclos para deficientes, foi feita uma pesquisa na
Internet sobre os trabalhos já existentes, e também uma pesquisa em campo para
analisar os dispositivos de auxílio existentes na cidade de Curitiba.
2.2 TRABALHOS EXISTENTES
A maior parte dos trabalhos desenvolvidos para o transporte de deficientes
físicos apresenta soluções que satisfazem parcialmente as necessidades reais,
sendo que, normalmente, acaba sendo necessário o auxílio por parte de terceiros.
A seguir serão apresentados alguns equipamentos e veículos construídos
que estão disponíveis para uso. A FIGURA 1 mostra um triciclo acoplado a uma
bicicleta, onde a cadeira de rodas faz o papel da roda dianteira e do guidão. O
deficiente é transportado a partir da propulsão humana, oferecendo certo conforto,
porém, limitando a sua autonomia, visto que é necessária uma segunda pessoa para
o funcionamento do equipamento.
FIGURA 1 - CONJUNTO BICICLETA E CADEIRA
FONTE: http://www.promobike.com.br
8
A FIGURA 2 mostra uma rampa para acesso a veículos altos, onde o
deficiente precisa ser empurrado para cima com a ajuda de outra pessoa.
FIGURA 2 - RAMPA PARA CADEIRA DE RODAS
FONTE: http://www.lmrio.com.br
A FIGURA 3 mostra uma estação tubo (ponto de parada de ônibus) em uma
das principais linhas da cidade de Curitiba. Nestas estações estão instaladas
plataformas de acesso para usuários de cadeira de rodas e carinhos de bebê.
FIGURA 3 - ESTAÇÃO TUBO
FONTE: O AUTOR
9
O acionamento é feito por meio de um motor elétrico e um fuso de esferas, o
qual é controlado pelo cobrador, que tem o comando de dentro do tubo. A
plataforma pode ser vista com mais detalhes na FIGURA 4 e FIGURA 5.
FIGURA 4 - PLATAFORMA DE ACESSO AO TUBO
FONTE: O AUTOR
FIGURA 5 - ACIONAMENTO DA PLATAFORMA
FONTE: O AUTOR
Apesar de existir uma plataforma em cada tubo das diversas linhas
principais existentes na cidade, segundo relatos dos próprios cobradores, ocorrem
muitas quebras do equipamento, gerando transtornos aos cadeirantes, que precisam
da plataforma para o embarque.
10
A FIGURA 6 mostra a catraca do tubo que prejudica a saída dos cadeirantes,
conforme relato do Sr. Ivanilson.
FIGURA 6 - CATRACA DE SAÍDA
FONTE: O AUTOR
A FIGURA 7 mostra uma plataforma de acesso a um ônibus de uma linha
secundária. Esta plataforma é acionada pelo cobrador e segundo relatos dos
próprios cobradores, algumas vezes ocorre o problema de travamento. Outro
problema relatado é o tempo de espera, já que existem poucos ônibus adaptados
circulando.
FIGURA 7 - PLATAFORMA DOS ÔNIBUS DE LINHAS SECUNDÁRIAS
FONTE: O AUTOR
11
Um modelo bastante inovador é o triciclo desenvolvido pela BMW, no qual o
cadeirante tem acesso por meio de uma rampa disposta na parte traseira do triciclo,
permitindo que o deficiente possa subir sem ter que sair da cadeira de rodas, como
pode ser visto na FIGURA 8 e na FIGURA 9.
FIGURA 8 - ACESSO AO COCKPIT
FONTE: http://www.martinconquest.com
FIGURA 9 - TRICICLO BMW
FONTE: http://www.martinconquest.com
12
2.3 CUSTO PARA A MODIFICAÇÃO EM VEÍCULOS DE PASSSEIO
Para quem tem a necessidade de utilizar um carro, existe a possibilidade de
fazer-se adaptações. A fim de se verificar o custo e as dificuldades encontradas para
a compra de um veículo adaptado, foi feito uma pesquisa de campo em algumas
concessionárias de Curitiba. A pesquisa mostrou que o que normalmente acontece é
que a pessoa compra o automóvel em uma revenda e então manda fazer a
modificação em uma empresa terceirizada. Essa adaptação permite que os
paraplégicos dirijam sem a necessidade do uso dos pés, utilizando somente
comandos manuais.
Para a compra de um veículo adaptado, o governo oferece a vantagem da
isenção de impostos (IPI, ICMS, IPVA e IOC/IOF), o que reduz o preço básico em
cerca de 35%. A pesquisa mostrou também que algumas montadoras, como a Fiat,
oferecem as adaptações de fábrica, dispensando-se mandar o carro para uma
oficina especializada.
Dentro do Projeto Autonomy, os portadores de deficiência podem adquirir os
modelos Palio EL 1.6, Palio Weekend 1.5 e Siena EL 1.6. O preço das alterações
varia de R$ 900,00 a R$ 2.250,00, o que representa aproximadamente 8% do valor
de um veículo novo.
Para os carros da Honda, o único modelo disponível para a adaptação é o
Civic, e o custo da modificação fica em torno de R$ 600,00. Já para os carros da
Volkswagen, todos os modelos da marca podem ser alterados. As alterações são
feitas em São Paulo e o carro já chega pronto para o usuário.
Uma verificação de como anda o mercado de veículos adaptados pode ser
vista no trecho a seguir, extraído de uma matéria da Folha on Line, em 11/04/2005.
Gastar, em média, R$ 2.000 para adaptar um veículo é a solução de
milhares de deficientes físicos para driblar as dificuldades de usar o transporte
público. Estima-se que, atualmente, mais de 12 mil carros adaptados rodem no
Brasil --um número ainda baixo, já que 24,5 milhões de pessoas têm algum tipo de
deficiência no país.
Fonte: http://www1.folha.uol.com.br
13
As adaptações vêm crescendo rapidamente. "A inclusão social do portador
de deficiência física e, por conseqüência, o aumento da renda fazem o mercado
crescer cerca de 10% ao ano", diz Monica Cavenaghi, diretora comercial da
Cavenaghi Adaptação Veicular.
Fonte: http://www1.folha.uol.com.br
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Tendo em vista que o problema do transporte público não é um problema
isolado e que isto passa por cima até mesmo de regras impostas pela legislação de
cada cidade, desrespeitando-se os direitos reservados aos portadores de
necessidades especiais, este trabalho volta-se para uma alternativa aos sistemas de
auxílio e transporte existentes, tentando promover uma melhora significativa na vida
dessas pessoas. Portanto, além de um estudo dos aspectos sociais e psicológicos
envolvidos no motivo central deste trabalho, torna-se importante uma revisão da
literatura e tecnologia disponíveis, necessárias para a conclusão do projeto.
3.1 LITERATURA UTILIZADA
Em seu livro Suspención Dirección Frenos, Miguel de castro (2001) faz um
estudo aprofundado sobre os principais componentes de uma moto, mostrando-se
que a estabilidade depende da suspensão, direção, quadro e pneus. Ele mostra os
cuidados que se deve ter na manutenção em esquemas das rodas, amortecedores,
molas, guidão, montagem dos rolamentos, aperto das porcas e parafusos, dando
atenção especial à parte dos freios dianteiro e traseiro.
No livro é mostrado a
suspensão dianteira e traseira, seus elementos e os cálculos envolvidos para o
entendimento do seu funcionamento, bem como o sistema de direção e o sistema de
freio. São mostrados os ângulos de inclinação do garfo, sua montagem, a
manutenção do sistema de freios e os cuidados a serem tomados. A montagem dos
componentes é mostrada por meio de fotos e de desenhos explodidos. Seu objetivo
é mostrar a forma adequada de se fazer a montagem da moto. Porém, o nível de
detalhamento não é tão aprofundado, requerendo-se uma pesquisa mais
aprofundada sobre os componentes da montagem.
14
Pete Shoemark (1993) apresenta os esquemas de montagem dos
componentes de uma moto, mostrando-se de forma detalhada e clara o
funcionamento do motor (bateria, ignição, filtros, pistões, cilindros, alimentação,
carburação, escape), caixa de câmbio, embreagem, sistema de transmissão,
sistema de suspensão, sistema de freio hidráulico, parte elétrica e quadro. O livro é
de fácil leitura e tem grande valia no que diz respeito ao entendimento para a
construção de um protótipo. A compreensão se dá por meio de figuras com
desenhos explodidos, apresentando todos os componentes dos sistemas.
John C. Dixon (1996) em seu Tires, Suspension and Handling, utiliza os
conceitos vistos em mecânica geral como diagramas de corpo livre para explicar as
forças envolvidas nos movimentos executados por um veículo, como as forças do
sistema tangencial e normal durante uma trajetória curvilínea, esforços sofridos
pelos pneus e centro de massa. Ele explica a interação que ocorre entre o veículo e
o condutor, havendo entradas por meio do motorista e respostas por parte do
automóvel, mostrando que uma boa interface influencia diretamente no sentimento
de controle por parte do condutor. O estudo é aprofundado de forma a mostrar até
mesmo o tempo de processamento da informação e resposta do cérebro humano.
John C. Dixon (1996) explica que os efeitos que mais interferem na
dirigibilidade advém de problemas nos pneus, pois são os responsáveis por
interagirem com a pista, gerando as forças necessárias para o comportamento
cinemático do conjunto. São demonstrados aspectos que influenciam na construção
dos pneus como a resistência de rolagem, limites de velocidade e forças atuantes
provenientes de desalinhamentos e aerodinâmica dos veículos, considerando-se as
propriedades atmosféricas, turbulência, forças e momentos gerados pelo vento. No
livro, John C. Dixon (1996) mostra os diferentes tipos de suspensão, os esforços
sofridos e a sua influência na dirigibilidade. É mostrado também o sistema de
direção e os efeitos gerados pelas sinuosidades e ondulações das pistas, tanto
dirigindo-se para frente quanto em marcha a ré.
Para o estudo dos esforços, tensões e deformações sofridas pelas
estruturas mecânicas, foi utilizado durante o curso de engenharia mecânica o livro
Resistência dos Materiais de Ferdinand P. Beer e E. Russell Johnston Jr. (2006).
Este livro mostra os conceitos necessários para o entendimento das forças
atuantes em um elemento mecânico através de textos, equações e exemplos dos
15
problemas mais freqüentes que ocorrem nos materiais. O livro apresenta uma leitura
muito técnica, de razoável entendimento, mas que serve ao propósito do projeto.
O estudo da ergonomia se deu através do livro de Alvin R. Tilley (2005), As
Medidas do Homem e da Mulher, onde apresenta-se um estudo detalhado sobre as
dimensões e ângulos adequados para o conforto humano. Da página 41 até a
página 49 é mostrado um estudo detalhado para a ergonomia de pessoas com
necessidades especiais. Para os fatores constantes em assentos de veículos, as
páginas 71 a 77 mostram a acomodação adequada. As páginas 78 e 79 trazem as
dimensões e posições adequadas para a utilização de mostradores analógicos e
digitais. As páginas 80 a 84 apresentam as variações adequadas para a utilização
de controles manuais. O livro é um produto da Henry Dreyfuss Associates, uma
empresa de consultoria de design industrial e que tem a experiência de mais de 60
anos de estudo sobre os fatores humanos. Ele traz ilustrações muito claras sobre
medidas e ângulos utilizados para diversos tipos de atividades, apresentando-se de
forma bastante didática os pontos a serem observados no projeto.
3.2 FERRAMENTAS UTILIZADAS PARA A GARANTIA DA QUALIDADE
Visando-se garantir a qualidade do produto, serão utilizadas algumas
técnicas para direcionar o desenvolvimento, de forma a atuar diretamente nos
pontos com maior probabilidade de aparecimento de falhas. Para tanto, ferramentas
como o brainstorming e o FMEA são aplicáveis, fornecendo as informações
necessárias para a solução dos problemas.
3.2.1 BRAINSTORMING
Consiste em uma rodada de idéias destinada à busca de sugestões através
do trabalho em grupo. Esta técnica apresenta dois princípios básicos.
•
Suspensão do julgamento - O pensamento crítico deve ser deixado de lado,
sendo que o objetivo é possibilitar a geração de idéias.
Somente depois de um número de idéias considerado como suficiente é que
serão feitos julgamentos.
16
•
Quantidade gera qualidade - Quanto maior o número de idéias geradas,
maiores serão as chances de encontrar-se soluções para os problemas.
Para que o brainstorming seja eficaz deve se eliminar as críticas para que os
integrantes não se sintam inibidos e ocorra o maior número de idéias.
As idéias devem ser anotadas da forma como surgem, sem qualquer
consideração. O grupo deve sentir-se à vontade e sem medo de dizer o que pensa.
Normalmente as idéias iniciais levam a outras mais específicas, que serão
as que realmente deverão ser consideradas.
O procedimento de realização do brainstorming deve-se dar através da
reunião de um grupo de até 10 participantes. A sessão começa com a orientação
dos integrantes sobre o funcionamento da técnica, a origem e o motivo do problema
a ser solucionado. Para a realização de um brainstorming mais organizado pode-se
adotar uma seqüência ou sentido em que os participantes irão dar as suas idéia.
Desta forma, cria-se a tendência de que todas as pessoas do grupo se
envolvam e contribuam com alguma idéia. Após a filtragem das idéias mais
pertinentes pode-se utilizar a ferramenta dos 5 porquês, a qual consiste em
perguntar cinco vezes o porquê que um problema está acontecendo, até que se
chegue à causa raiz, podendo então ser tomada a medida corretiva e preventiva
para o problema.
3.2.2 FMEA - ANÁLISE DOS TIPOS DE FALHAS E EFEITOS
O FMEA é uma técnica que auxilia na listagem de todas as possíveis falhas
(de produto ou do Processo) e suas causas, para que sejam analisadas e tomadas
as ações preventivas necessárias.
Esta ferramenta auxilia o desenvolvimento do projeto, garantindo-se que os
requisitos que satisfazem as necessidades dos clientes sejam cumpridos. Os
objetivos principais do FMEA são:
•
efeitos.
Reconhecer e avaliar a falha potencial de um produto ou processo e seus
17
•
Identificar ações que podem eliminar ou reduzir a chance da falha potencial
vir a ocorrer.
•
Documentar o processo de análise.
Através da técnica FMEA é possível:
•
Assegurar que todos os modos de falhas possíveis, seus efeitos e causas
sejam considerados.
•
Desenvolver uma lista de falhas potenciais classificada de acordo com seus
efeitos no cliente, estabelecendo-se assim um sistema e priorização para melhorias
do projeto e ensaios de desenvolvimento.
•
Auxiliar na seleção de alternativas de projeto do produto / processo com alta
confiabilidade e qualidade.
•
Identificar-se itens críticos de segurança.
•
Determinar-se quais características do produto / processo necessitam de
controles adicionais.
•
Proporcionar informações adicionais para ajudar no planejamento de
programas de desenvolvimento e de ensaios eficientes e completos.
•
Proporcionar uma forma de documentação aberta para recomendar ações
de redução de risco.
•
Proporcionar referências para no futuro ajudar na análise de problemas de
campo, avaliando-se modificações no projeto e desenvolvendo-se projetos
avançados.
•
Rever controles atuais.
A técnica FMEA apresenta dois tipos de aplicações:
FMEA de projeto - Utilizado para identificar as falhas potenciais devido às
deficiências do projeto do produto, geralmente é feito durante a execução do projeto
do produto. Sua aplicação se estende a componentes isolados, subconjuntos
principais e ao próprio produto.
18
FMEA de processo - Utilizado para identificar as falhas potenciais devido às
deficiências do processo de manufatura. Deve ser feito durante a execução do
projeto do processo de manufatura.
A fim de auxiliar no desenvolvimento o tipo de FMEA utilizado será o de
projeto.
Objetivos do FMEA de Projeto:
•
Identifica tipos de falhas potenciais relativas ao produto.
•
Avalia os efeitos potenciais da falha sobre o cliente.
•
Identifica causas potenciais do projeto do produto nas quais se focalizarão
controles para redução de ocorrências ou melhoria da detecção.
•
Identifica necessidade de testes.
•
Desenvolve
uma
lista
ordenada
de
tipos
de
falhas
potenciais,
estabelecendo-se então um sistema de prioridades para consideração de ações
corretivas.
•
Considera os requisitos de manufatura e montagem no projeto inicial.
3.3 MODELAMENTO NO SOFTWARE CATIA
O projeto da estrutura será realizado no software CATIA v5 r10, disponível
no laboratório de cad/cam do UNICENP. Todo o design do produto será elaborado
de forma a atender os requisitos mencionados pelos usuários finais, conforme
descrito anteriormente (capítulo 1.1), utilizando no modelamento os materiais e
dimensões padrão que são encontrados no mercado.
Durante a análise estrutural dos componentes será adotada a técnica de
análise por elementos finitos, a qual permite uma verificação bastante aproximada
do comportamento de um material quando submetido a carregamentos e solicitações
mecânicas. Esta ferramenta permite que um dispositivo ou componente possa ser
projetado sem a necessidade da sua construção, evitando-se custos desnecessários
19
até que se alcance o resultado esperado. O projeto pode ser modificado quantas
vezes forem necessárias, de forma virtual, sem os transtornos da forma empírica.
A técnica dos elementos finitos consiste em aplicar uma malha na estrutura,
repartindo-se o sólido em pequenas partes, todas interligadas entre si, de forma que
quando o material for submetido ao carregamento, todas as partes se comportarão
de forma bastante aproximada ao comportamento de um material real com relação à
tração, compressão, temperatura, torção, cisalhamento e outros esforços mecânicos,
utilizando-se a iteração para determinação dos cálculos.
3.4 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
Os processos de fabricação mecânica têm como objetivo a modificação da
geometria de um corpo metálico, com o fim de lhe conferir a forma desejada.
Os processos de fabricação estão divididos em dois tipos: Processos
mecânicos, nos quais as modificações são feitas pela remoção de cavacos, como
por exemplo o torneamento. O outro tipo se designa por processos metalúrgicos, nos
quais as modificações são realizadas mediante altas temperaturas, como por
exemplo a fundição.
A seguir são descritos os processos que serão necessários para a execução
do projeto.
3.4.1 PROCESSO DE SOLDAGEM
“Soldagem é o processo de união de materiais, usado para obter a
coalescência (união) localizada de metais e não metais, produzida por aquecimento
até uma temperatura adequada, com ou sem a utilização de pressão e/ ou material
de adição” (American Welding Society – AWS).
Para a soldagem das peças do triciclo são sugeridos dois processos de
soldagem: Soldagem por eletrodo revestido e o processo de solda MIG.
20
3.4.1.1 ELETRODO REVESTIDO
Dentre os vários tipos de soldagem, o processo de soldagem por eletrodo
revestido é o mais amplamente utilizado. Este processo permite que duas partes
sejam unidas entre si por meio de um arco voltaico que se abre pela aproximação do
eletrodo à peça a ser soldada. O arco elétrico sai do eletrodo (positivo) e vai para
peça que está aterrada (negativo). Quando o arco percorre este caminho ocorre a
fusão dos materiais que estão sendo soldados e do eletrodo, ocorrendo a deposição
de material, como pode ser visto na FIGURA 10. Este eletrodo é formado por um
núcleo (alma) metálico e é recoberto por um revestimento que tem as seguintes
funções:
•
Estabilizar o arco elétrico.
•
Gerar gases de proteção da poça de fusão.
•
Evita contaminação da poça de fusão e do cordão de solda pelo ar.
•
Adicionar elementos de liga na poça de fusão.
•
Facilitar a soldagem fora de posição.
A solda por eletrodo revestido apresenta as seguintes vantagens:
•
Baixo custo do equipamento.
•
Versatilidade.
•
Soldagem em locais de difícil acesso.
•
Disponibilidade de consumíveis no mercado.
Este processo apresenta as seguintes limitações:
•
Baixa produtividade devido à taxa de deposição.
•
Necessidade de remoção de escória.
•
Dependente da habilidade do soldador.
•
Produção de fumos e respingos.
•
Qualidade do cordão inferior aos processos TIG, Plasma e MIG.
21
•
Posição de soldagem restrita.
•
Não automatizável.
FIGURA 10 - SOLDAGEM COM ELETRODO REVESTIDO
FONTE: www.esab.com.br
3.4.1.2 MIG/MAG
MIG - metal inert gas.
MAG- metal active gas.
Este processo consiste em fazer a alimentação de um arame de forma
contínua, através do qual abre-se o arco elétrico, ocorrendo a fusão dos materiais. A
poça de fusão é protegida por um gás inerte, sendo geralmente utilizado o gás
Argônio. Este processo também envolve a utilização de um eletrodo consumível, no
qual o material do arame é depositado nas partes que estão sendo unidas, como
pode ser visto na FIGURA 11. Este processo apresenta as seguintes vantagens em
relação à solda por eletrodos revestidos:
•
Facilidade de operação.
•
Alta produtividade.
•
Processo automatizável.
•
Baixo custo.
•
Não forma escória.
•
Cordão de solda com bom acabamento.
•
Gera pouca quantidade de fumos.
•
Soldas de excelente qualidade.
22
Assim como o processo anterior, o processo de solda MIG também
apresenta algumas limitações que devem ser observadas. Estas limitações são:
•
Regulagem do processo bastante complexa.
•
Não deve ser utilizado em presença de corrente de ar.
•
Posição de soldagem limitada.
•
Probabilidade elevada de gerar porosidade no cordão de solda.
•
Produção de respingos.
•
Manutenção mais trabalhosa.
FIGURA 11 - SOLDAGEM MIG/MAG
FONTE: www.esab.com.br
3.5 USINAGEM
A usinagem é todo o processo pelo qual a forma de uma peça é modificada
pela remoção progressiva de cavacos ou aparas de material metálico ou nãometálico. Ela permite:
•
Acabamento de peças fundidas ou conformadas, fornecendo melhor
aspecto e dimensões com maior grau de exatidão;
•
Possibilidade de abertura de furos, roscas, rebaixos, etc;
•
Custo mais baixo porque possibilita a produção de grandes quantidades de
peças;
•
Fabricação de somente uma peça com qualquer formato a partir de um
bloco de material metálico ou não-metálico.
23
A seguir são descritos dois dos principais processos previstos para a
execução deste projeto.
3.5.1 FRESAMENTO
O fresamento consiste na remoção de material em decorrência do
movimento relativo entre peça e ferramenta. Há dois movimentos a considerar, o de
rotação da ferramenta e o de avanço da peça, conforme mostra a FIGURA 12.
A variedade de tipos de máquinas, a flexibilidade destas e a diversidade de
tipos de ferramentas fazem com que o fresamento tenha larga aplicação para a
usinagem. Suas vantagens são:
•
Variedade de formas e superfícies que podem ser geradas;
•
Alta qualidade do acabamento da superfície usinada;
•
Altas taxas de remoção de cavaco.
O processo de corte é intermitente e a cada revolução da ferramenta cada
um dos seus gumes remove uma quantidade de material. As ferramentas utilizadas
para este processo são chamadas de fresas e a máquina que realiza a operação de
fresamento denomina-se fresadora. As fórmulas para os cálculos pertinentes a este
processo são apresentadas a seguir. A velocidade de corte pode ser estabelecida
pela equação 1.
Vc =
π ⋅D⋅n
1000
Onde:
•
Vc = velocidade de corte da ferramenta (m/s).
•
π = 3,1416.
•
D = diâmetro da ferramenta (mm).
•
n = rotação da ferramenta (RPM).
(1)
24
A velocidade de avanço da ferramenta durante o processo de retirada de
material da peça pode ser encontrado pela equação 2.
Vf = Fz ⋅ Z ⋅ n
(2)
Onde:
•
Vf = velocidade de avanço (mm/min).
•
Fz = avanço por dente (mm/rotação).
•
Z = número de dentes da ferramenta.
•
n = rotação da ferramenta (RPM).
FIGURA 12 - OPERAÇÃO DE DESBASTE
FONTE: www.sorocaba.unesp.br
3.5.2 TORNEAMENTO
Processo de remoção de cavacos utilizando-se uma placa giratória para a
fixação da peça e uma ferramenta que efetua o corte do material. Apresenta uma
série de transmissões ajustáveis que permitem a variação das velocidades
envolvidas nos parâmetros de corte e que variam de acordo com o material da peça
e da ferramenta. A FIGURA 13 mostra a operação de desbaste de um material que
está fixado na placa.
25
FIGURA 13 - OPERAÇÃO DE DESBASTE
FONTE: http://www.em.pucrs.br
A fórmula para o cálculo da velocidade de corte adequada para este
processo é apresentada na equação 3.
Vc =
π ⋅D⋅n
1000
(3)
Onde:
•
Vc = velocidade de corte (m/s).
•
D = diâmetro da peça (mm).
•
n = rotação da peça (RPM).
•
π = 3,1416.
3.6 TRATAMENTO SUPERFICIAL E PINTURA
Os materiais envolvidos na construção do veículo podem vir a sofrer algum
tipo de ataque à sua superfície, sendo de extrema importância que se dê atenção a
este aspecto, de forma a garantir a qualidade estética do produto, bem como a
integridade estrutural. Portanto, alguns cuidados devem ser tomados antes de
efetuar a pintura da estrutura, fazendo-se o tratamento adequado, conforme o
produto e a sua utilização. Para a escolha do tratamento adequado, deve-se
considerar o ambiente de uso da peça, temperatura, substâncias químicas, custo do
26
tratamento, etc. De acordo com a utilização, o tratamento superficial apresenta as
seguintes finalidades:
•
Aumentar a resistência aos agentes atmosféricos – umidade, luz solar,
calor, frio.
•
Aumentar a resistência aos agentes químicos - ácidos, bases, soluções
orgânicas e inorgânicas.
•
Aumentar a resistência a efeitos mecânicos – desgaste, riscamento,
deformação.
•
Obter propriedades físicas especiais – isolamento ou condutividade térmica
e/ou elétrica.
•
Obter um efeito estético de acabamento – brilho, cor, textura.
Para evitar problemas relacionados à oxidação, toda estrutura metálica
precisa passar por um processo de preparação para a pintura, onde todo e qualquer
ponto que apresente ferrugem deve ser lixado. Em seguida, deve-se aplicar um
desengraxante, a fim de evitar que a tinta se solte devido à falta de aderência na
estrutura. Este problema pode ocorrer devido à presença de óleos e graxas contidos
na superfície da estrutura. Para uma proteção mais eficiente, deve-se aplicar sobre a
estrutura um produto fosfatizante, o qual irá reagir com o óxido, criando uma camada
protetora. Após a preparação da estrutura aplica-se uma pintura de fundo chamada
de primer, que nada mais é dos que uma substância impermeabilizante que irá evitar
o contato da superfície com o oxigênio e a água. Somente depois deste
procedimento ter sido realizado é que se aplica a tinta, podendo esta ainda receber
uma camada de verniz para uma maior proteção.
3.7 MONTAGEM
A montagem mecânica consiste na união de peças mediante a utilização de
elementos de fixação como parafusos, colas e travas. As partes unidas formam um
conjunto de peças, ao qual poderão ser adicionadas outras peças individuais ou um
outro conjunto montado. Para a montagem do triciclo prevê-se a necessidade de se
utilizar parafusos, porcas auto-travantes, anéis de retenção, cupilhas e rebites.
27
Todos estes elementos seguem um padrão e estão disponíveis no mercado
em casas especializadas, portanto, não será feita uma abordagem específica com
relação as suas características, ficando apenas indicado qual elemento deve ser
utilizado para a montagem de determinada peça ou conjunto.
3.8 EQUAÇÕES UTILIZADAS PARA A ANÁLISE DO PROJETO
Este tópico referencia as equações utilizadas no desenvolvimento do projeto,
aplicando-se os conhecimentos adquiridos nas disciplinas de física, mecânica geral,
processos de fabricação, dinâmica de máquinas e elementos de máquinas.
3.8.1 SEGUNDA LEI DE NEWTON
Também conhecida como a equação do movimento, pode ser utilizada para
os casos gerais aplicando a equação 4.
F = m⋅a
(4)
Onde:
•
F = vetor força (N).
•
m = massa do corpo (Kg).
•
a = aceleração do corpo (m/s²).
3.8.2 MOMENTO DE UMA FORÇA
O momento de uma força em relação a um ponto ou a um eixo fornece a
medida da tendência da força em causar um giro no corpo em torno do ponto ou do
eixo. Esta tendência de movimento é conhecida como torque e pode ser calculado
pela equação (5).
T = F ⋅d
Onde:
(5)
28
•
T = torque (N . m).
•
F = vetor força (N).
•
d = distância do braço de aplicação da força (m).
3.8.3 MOMENTO DE UM BINÁRIO
Um binário é definido como duas forças paralelas com mesmo módulo,
sentidos opostos e separadas por uma distância perpendicular “d”, dividida em dois
segmentos iguais “r”.
Fazendo-se o somatório das forças a resultante é nula, resultando assim o
efeito de um binário produzir uma rotação ou tendência de produzir uma rotação em
um sentido específico. O momento de um binário pode ser calculado pela equação
6.
M = ra ⋅ ( − F ) + rb ⋅ F
(6)
Onde:
M = momento do binário (N.m).
ra = distância até o ponto de aplicação da força = d/2 (m).
-F = força aplicada no sentido negativo do referencial (N).
rb = distância até o ponto de aplicação da força = d/2 (m).
F = força aplicada no sentido positivo do referencial (N).
3.8.4 DIAGRAMA DE CORPO LIVRE
O diagrama de corpo livre é utilizado para encontrar as forças e os
momentos que atuam em uma estrutura. É determinado pela somatória das forças e
dos momentos nos eixos X, Y e Z como mostrado abaixo:
∑ Fx = 0
(7)
∑ Fy = 0
(8)
29
∑ Fz = 0
(9)
∑M = 0
(10)
3.8.5 ELEMENTOS DE MÁQUINAS
Da disciplina de elementos de máquinas são obtidos os conhecimentos
necessários para o dimensionamento de engrenagens, as quais são usadas na
caixa de direção e podem ser calculadas pelas equações abaixo:
m=
dp
Z
(11)
Onde:
m = módulo normalizado da ABNT.
dp = diâmetro primitivo da engrenagem.
Z = número de dentes da engrenagem.
pn = m ⋅ π
(12)
Onde:
pn = passo normal do dente da engrenagem.
m = módulo normalizado da ABNT.
π = 3,1416
3.8.6 DINÂMICA DE MÁQUINAS
Da disciplina de dinâmica de máquinas vem a equação do movimento por
coordenadas do sistema normal e tangencial, a qual é útil para a determinação da
máxima velocidade em curvas, podendo ser calculada através da equação 13.
30
an =
v
2
(13)
ρ
Onde:
an = aceleração normal
V² = velocidade (m/s)
ρ = raio de curvatura (m)
3.8.7 FÍSICA
Da mecânica clássica para a determinação da aceleração constante tem-se
a equação 14.
a=
(V 0) 2
2.S
(14)
Onde:
a = aceleração constante (m/s²)
V0 = velocidade inicial
S = espaço percorrido
3.8.8 ABNT NBR 9050a
O desenvolvimento do projeto deve estar em concordância com a norma
ABNT 9050, a qual rege as medidas e distâncias que devem ser atendidas para
facilitar o acesso às edificações, rampas de acesso, corredores, etc. De forma a
oferecer o conforto necessário para a utilização do triciclo pelos portadores de
necessidades especiais, o projeto contemplará as medidas estipuladas pela norma,
observando a inclinação e a largura da rampa de acesso, acesso ao cinto de
segurança e travas da cadeira de rodas, altura do guidão e acesso aos comando do
triciclo. Devido ao fato desta norma ser muito extensa, alguns trechos desta são
apresentados no anexo 3.
31
4 DESENVOLVIMENTO
O processo de desenvolvimento do projeto foi dado seguindo a metodologia
do livro Projeto na Engenharia de PAHL & BEITZ (6. ED).
4.1 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO
A fim de identificar os problemas relacionados ao transporte dos usuários de
cadeira de rodas, foi realizada uma pesquisa com alguns membros da ADFP
(Associação
dos
Deficientes
Físicos
do
Paraná),
os
quais
contribuíram
significativamente com idéias para a melhoria do projeto, apresentando as suas
dificuldades e necessidades mais comuns. Para a realização da sessão de
brainstorming, inicialmente foram levantados os problemas vividos pelos portadores
de necessidades especiais, sendo em seguida separados na diagrama de ishikawa,
mostrado na FIGURA 14.
4.1.1 ITENS RELATADOS E SUAS CONSEQUÊNCIAS
Os problemas relatados a seguir foram analisados de acordo com as suas
conseqüências e transferidos para o diagrama de causa e efeito.
1. Pegar ônibus sem elevador. (Eli)
2. Descaso dos fiscais quando é solicitado um veículo modificado. (Eli)
3. Fiscais não autuam as empresas que não estão com ônibus adaptados em
circulação. (Eli)
4. Ter que fazer linhas alternativas quando não tem veículo modificado. (Eli)
5. Ineficiência do serviço 156 da prefeitura. (Eli)
6. Falta de manutenção das plataformas das estações tubo. (Eli)
7. Falta de treinamento de motoristas e cobradores. (Carlos)
8. Ônibus param fora das plataformas de saída nas estações tubo. (Carlos)
9. Falta de saída estratégica para cadeirantes saírem dos ônibus. (Ivanildo)
10. Desrespeito de alguns motoristas. (Ivanildo)
32
11. Dificuldade de pessoas pesadas serem auxiliadas em ônibus que não são
adaptados. (Ivanildo)
12. Rampas de acesso muito altas. (Rafael)
13. Desgaste físico. (Rafael)
14. Esperar até que o ônibus especial faça o roteiro. (Carlos)
•
Meio ambiente - Rampas de acesso muito altas, Desgaste físico.
•
Máquina - Pegar ônibus sem elevador, ter que fazer linhas alternativas
quando não tem veículo modificado, falta de manutenção das plataformas das
estações tubo, falta de saída estratégica para cadeirantes saírem dos ônibus,
dificuldade de pessoas pesadas serem auxiliadas em ônibus que não são
adaptados, esperar até que o ônibus especial faça o roteiro.
•
Mão de obra - Descaso dos fiscais quando é solicitado um veículo
modificado, fiscais não autuam as empresas que não estão com ônibus adaptados
em circulação, falta de manutenção das plataformas das estações tubo, falta de
treinamento de motoristas e cobradores, desrespeito de alguns motoristas,
Ineficiência do serviço 156 da prefeitura.
•
Método - Descaso dos fiscais quando é solicitado um veículo modificado,
fiscais não autuam as empresas que não estão com ônibus adaptados em
circulação, ter que fazer linhas alternativas quando não tem veículo modificado,
ineficiência do serviço 156 da prefeitura, falta de manutenção das plataformas das
estações tubo, falta de treinamento de motoristas e cobradores, ônibus param fora
das plataformas de saída nas estações tubo, desrespeito de alguns motoristas,
esperar até que o ônibus especial faça o roteiro.
•
Medição - Descaso dos fiscais quando é solicitado um veículo modificado,
fiscais não autuam as empresas que não estão com ônibus adaptados em
circulação, ineficiência do serviço 156 da prefeitura, falta de manutenção das
plataformas das estações tubo, falta de treinamento de motoristas e cobradores,
rampas de acesso muito altas, esperar até que o ônibus especial faça o roteiro.
33
•
Matéria-prima - Pegar ônibus sem elevador, falta de manutenção das
plataformas das estações tubo, falta de saída estratégica para os cadeirantes saírem
dos ônibus, dificuldade de pessoas pesadas serem auxiliadas em ônibus que não
são adaptados, Esperar até que o ônibus especial faça o roteiro.
FIGURA 14 - DIAGRAMA DE CAUSA E EFEITO
FONTE: O AUTOR
Como forma de melhorar os pontos relacionados ao meio ambiente,
método, pessoas, materiais e medições, as empresas responsáveis pelo transporte
público podem formular um FMEA de processo, identificando-se as causas dos
problemas e definindo-se uma solução. Um exemplo de planilha para aplicação do
FMEA é apresentado no anexo 7. Os
aspectos
relacionados
ao
problema
de
máquinas poderão ser minimizados com o projeto do triciclo, para o qual os aspectos
referentes à educação de alguns motoristas e cobradores, serviço de atendimento
da prefeitura e profissionalismo dos fiscais não surtem qualquer efeito significativo,
ou seja, o problema com os ônibus continuarão existindo mesmo que os motoristas e
cobradores tenham total respeito pelos cadeirantes, que o serviço 156 venha a
funcionar como se deve e que os fiscais hajam de forma efetiva no controle do
tráfego. Na FIGURA 15 são mostrados alguns membros da ADFP que colaboraram
34
para a adequação do projeto às suas necessidades reais e que participaram da
sessão de brainstorming.
FIGURA 15 - MEMBROS DA ADFP
FONTE: O AUTOR
Um dos problemas mais comuns relatados pelos membros da ADFP é ter
que esperar pelo ônibus adaptado, o qual precisa percorrer todo o trajeto da linha,
passando apenas em horários pré-determinados, impedindo assim que a pessoa
tenha uma liberdade de horários, tendo que se programar conforme os horários do
ônibus. O problema da espera pelo ônibus modificado pode ser visto na FIGURA 16.
FIGURA 16 - ESPERA PELO ÔNIBUS ADAPTADO
FONTE: O AUTOR
35
Em seguida, foi aplicada a técnica denominada Brainstorming para a
geração de idéias para o projeto e o seu resultado é mostrado a seguir.
4.2 BRAINSTORMING
Os nomes completos das pessoas que auxiliaram no projeto serão
preservados, sendo mencionados apenas os primeiros nomes de cada um, sejam os
quais os senhores Eli, Carlos, Ivanildo e Rafael, e os seus relatos encontram-se
descritos no apêndice 1. As idéias geradas foram dadas pelo grupo sem fazer
qualquer restrição, sendo organizadas na listagem mostrada abaixo:
1.
Instalação de corrimão para apoio do cadeirante ao subir no veículo.
2.
Rampa de acesso com inclinação máxima de 12º.
3.
Possibilidade de subir de frente com a cadeira.
4.
Possibilidade de ajustes na inclinação da cadeira de rodas no cockpit.
5.
Instalação de um protetor cervical.
6.
Possibilidade de ter porta lateral para acesso ao banco de automóvel.
7.
Possibilidade de o veículo ter um banco de automóvel removível.
8.
Possibilidade de utilização por pessoas que utilizem muletas.
9.
Suporte para a cadeira de rodas caso se utilize banco de automóvel.
10.
Possibilidade de o veículo abaixar para facilitar a entrada.
11.
Possibilidade de transportar mais de uma pessoa.
12.
Possibilidade de instalação de ar condicionado.
Após as idéias estarem organizadas, deve-se escolher as que são vitais
para a execução do projeto. A escolha das idéias será realizada após a elaboração
de um plano de ação para o desenvolvimento dos trabalhos.
4.3 PLANO DE AÇÃO
Para que o desenvolvimento do projeto esteja alinhado com os aspectos de
ergonomia, segurança, acessibilidade e dirigibilidade, foi determinado um plano de
36
ações que irão direcionar os trabalhos a serem executados para que seja dado início
ao processo de desenho do veículo.
Revisão dos capítulos 1.2, 1.3 e 1.4.
Coletar medidas das cadeiras de rodas mais comuns
Desenho de uma cadeira de rodas para referência
Verificação dos materiais disponíveis no mercado
Modelamento da gaiola (capítulo 5)
Definição das condições de contorno
Análise da estrutura por elementos finitos
Velocidade máxima
Cálculo dos freios
4.4 REQUISITOS DO PROJETO CONFORME CAPÍTULOS 1.2, 1.3 E 1.4
De acordo com o brainstorming realizado para o delineamento do projeto, e
buscando atender aos objetivos propostos, foram retirados da lista de idéias os itens
mais importantes para o desenvolvimento dos trabalhos.
4.4.1 ESCOPO EFETIVO DO PROJETO
De forma a atender ao prazo do projeto, os itens 1, 2, 3, 5 e 6 serão
atendidos prioritariamente devido ao fato de que são fatores de suma importância
para o objetivo principal do projeto.
4.5 CADEIRAS DE RODAS ENCONTRADAS NO MERCADO
Visando-se atender a uma grande variedade de cadeiras de rodas, foi feito
um levantamento das medidas das cadeiras de rodas mais comuns encontradas no
mercado, considerando-se para o desenvolvimento dimensões que atendam aos
37
piores casos (maiores dimensões). A partir da definição das medidas foi iniciado o
processo de desenho de uma cadeira básica para ser utilizada como referência. A
TABELA 1
mostra as dimensões das cadeiras de rodas mais comuns encontradas no
mercado.
TABELA 1 - DIMENSÕES MAIS COMUNS
DIMENSÕES
Largura
Altura
Comprimento
Rodas Dianteiras
Rodas Traseiras
m
0,64
0,94
0,76
0,15
0,66
mm
640
940
760
150
660
FONTE: O AUTOR
4.6 MODELAMENTO DA CADEIRA DE RODAS
O modelamento da cadeira de rodas foi baseado nas medidas descritas na
tabela 1 e será utilizada como referência para o desenvolvimento do modelo da
gaiola, permitindo-se uma melhor visualização da adequação do projeto às
necessidades do usuário. A FIGURA 17 mostra a cadeira de rodas modelada.
FIGURA 17 - CADEIRA DE RODAS
FONTE: O AUTOR
38
Em seguida, foi utilizado um manequim com as características físicas de um
homem americano em função da sua estatura, como mostra a FIGURA 18.
FIGURA 18 - CADEIRA E MANEQUIM
FONTE: O AUTOR
4.7 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO DISPONÍVEIS NO MERCADO
A TABELA 2 mostra uma matriz de decisões criada para a definição do
material a ser utilizado para a construção da estrutura, levando-se em consideração
as propriedades mecânicas, questões ambientais, segurança e custo. Estes ítens
foram levantados durante uma sessão de brainstorming, na qual foram atribuídos os
seguintes valores:
•
1 – Péssimo – Deve ser evitado totalmente.
•
2 – Ruim – Negativo, porém aceitável no projeto.
•
3 – Regular – Condição comum.
•
4 – Bom – Vantagem característica.
•
5 - Muito bom – Altamente vantajoso.
Os aspectos observados são importantes para a escolha do material, mas os
pontos que realmente têm uma elevada importância são aqueles que garantem a
39
segurança do usuário. Estes pontos podem ser verificados na matriz recebendo a
pontuação máxima, sejam os quais:
•
Segurança – O material não lasca e não forma pontas.
•
Resistência mecânica – O material resiste à tração e compressão.
•
Resistência à intempérie – O material resiste às mudanças de temperatura.
•
Durabilidade – O material apresenta uma vida útil relativamente grande.
•
Confiabilidade – O material apresenta alto grau de confiabilidade em relação
aos demais, por exemplo, quanto à fadiga.
O processo de escolha do material se deu considerando-se a soma dos
pontos atribuídos aos materiais na matriz, utilizando-se a maior pontuação como
escolha para o material ideal.
TABELA 2 - MATRIZ DE DECISÕES
REQUISÍTOS
Rec. Naturais
Descarte
Segurança
Disponibilidade
Inovação
Usinagem
Res. Mecânica
Res. Intempérie
Durabilidade
Flexibilidade
Confiabilidade
Pintura
Manutenção
Custo
PONTUAÇÃO
BAMBÚ
5
5
2
5
5
5
2
3
2
5
2
3
3
5
52
MATERIAIS
PLÁSTICO ALUMÍNIO TUBO DE AÇO
3
3
3
3
3
3
3
4
5
5
2
5
4
3
2
5
5
4
2
4
5
2
5
5
3
5
5
3
2
3
2
4
5
2
5
5
3
2
5
3
1
2
43
48
57
FONTE: O AUTOR
Conforme a matriz de decisões apontou-se que o material mais indicado a
ser utilizado é o tubo de aço, o qual atendeu aos principais requisitos. De forma a
utilizar um tubo que seja facilmente encontrado no mercado, será adotada uma
tabela que segue o padrão DIN 2440. Esta tabela é apresentada no anexo 4.
40
4.8 ESCOLHA DO TUBO ADEQUADO
A escolha do tubo para a análise inicial se deu considerando-se o tubo
utilizado para a construção do projeto mini-BAJA, desenvolvido nos laboratórios do
UNICENP pelos alunos de engenharia mecânica, utilizando-se um padrão de tubo
que resiste às condições mais adversas da competição à que se destinam.
Considerando-se que o triciclo em desenvolvimento servirá para a utilização
urbana em estradas e avenidas pavimentadas, sem os obstáculos enfrentados pelo
mini-BAJA, o tubo utilizado poderia ser o mesmo, mas buscando-se a garantia de
uma maior segurança para o usuário do triciclo, o tubo utilizado será o que
apresenta dimensões imediatamente superiores.
O tubo escolhido tem as suas dimensões apresentadas a seguir, conforme
mostrado na FIGURA 19.
FIGURA 19 - DIMENSÕES DO TUBO
FONTE: www.guiametalica.com.br
•
D = Diâmetro externo (33,7 mm)
•
d = Diâmetro interno (27,2 mm)
•
e = Espessura da parede (3,25 mm)
5 RESULTADOS E VALIDAÇÃO
Após a escolha do tubo, foi iniciado o modelamento pela parte do cockpit, já
que será o ponto onde o piloto irá ficar. O modelamento foi iniciado dando atenção
ao espaço físico mínimo de 915 mm, sugerido pelo livro As Medidas do Homem e da
Mulher de Alvin R. Tilley (2005). No projeto a largura entre os tubos estabelecida foi
de 1,2 m, como mostra a FIGURA 20.
41
FIGURA 20 - LARGURA DA ESTRUTURA
FONTE: O AUTOR
Foi elaborado um modelo inicial a título de enquadramento do usuário no
veículo, a fim de analisar se o dimensionamento da estrutura está proporcional ao
conjunto cadeira e manequim, verificando a altura, comprimento, espaços
desnecessários e peso. O primeiro modelo da estrutura tubular é mostrado na
FIGURA 21.
FIGURA 21 - MODELAMENTO INICIAL
FONTE: O AUTOR
A partir do modelamento da estrutura referencial, o próximo passo é o
trabalho de otimização da estrutura, de forma que qualquer espaço desnecessário
42
seja eliminado, reduzindo-se o tamanho final de estrutura e diminuindo-se o peso do
conjunto, o que refletirá no desempenho do motor.
5.1 DEFINIÇÃO DO LAYOUT E OTIMIZAÇÕES
Após verificar-se que o comprimento da estrutura estava superior a 3,5
metros, foi iniciado o processo de otimização da estrutura, tentando eliminar todos
os espaços desnecessários, deixando o veículo o mais compacto possível. A altura
também foi modificada após verificação da altura ideal em relação ao manequim.
As modificações da estrutura foram realizadas, levando em consideração a
largura mínima para o acesso ao cockpit, reduzindo a quantidade de material e
conseqüentemente o seu peso. Estas modificações podem ser vistas na FIGURA 22.
FIGURA 22 - COMPARAÇÃO COM O MANEQUIM
FONTE: O AUTOR
Após comparar a estrutura com o cadeirante, verificou-se a necessidade de
redução do espaço inutilizado na parte frontal do cockpit. Fazer com que a parte
dianteira fique mais estreita permite uma redução da distância entre as rodas
frontais, garantido-se que o veículo fique com uma largura aproximada à dos
automóveis comuns. A FIGURA 23 mostra a otimização feita no cockpit.
43
FIGURA 23 - LARGURA FRONTAL
FONTE: O AUTOR
Por se tratar de uma estrutura tubular, deve-se tomar o cuidado com as
forças que irão atuar dinamicamente no veículo. Quando em movimento, o triciclo
sofrerá forças de torção resultantes de um binário de forças resultantes de uma pista
acidentada e da massa do conjunto, podendo ocorrer a deformação da estrutura.
Uma forma de se evitar este efeito é fazer-se um entrelaçamento dos tubos
com uma treliça, a qual irá ajudar na rigidez da estrutura. As forças aplicadas em
sentidos opostos na estrutura tendem a torcer a estrutura, como pode ser visto na
FIGURA 24.
FIGURA 24 - BINÁRIO DE FORÇAS
FONTE: O AUTOR
A figura 24-A mostra os pontos de aplicação das forças F1 e F2 antes de
atuarem na estrutura, e a figura 24-B mostra a deformação na estrutura após a
aplicação do binário. A FIGURA 25 mostra os tubos alocados na estrutura de forma a
aumentar a sua resistência aos esforços dinâmicos.
44
FIGURA 25 - REFORÇO ESTRUTURAL
FONTE: O AUTOR
Outro ponto importante é uma inclinação que o suporte da suspensão
dianteira deve ter a fim de permitir uma melhor absorção do impacto sofrido pelo
veículo quando este passa por obstáculos da pista.
Esta inclinação deve ser de 3° a 5°, conforme a FIGURA 26, e é este ângulo
que, juntamente com a geometria de Ackermann, faz com que a direção se alinhe
quando se solta a direção do veículo após realizar-se uma curva. A geometria de
Ackermann é mostrada no capítulo 5.
FIGURA 26 - INCLINAÇÃO FRONTAL
FONTE: O AUTOR
45
Após a definição do cockpit, foi feito o desenvolvimento do suporte para o
motor e para o tanque de combustível. O suporte do motor sai diretamente do
cockpit para trás com 400 mm de comprimento e com largura de 300mm.
O desenvolvimento da estrutura traseira da gaiola pode ser visto na FIGURA
27,
e mostra os tubos que saem em ângulo da parte superior do cockpit para a
estrutura de apoio dos amortecedores e neste ponto saem dois tubos para o suporte
do motor, estando logo acima o suporte para o tanque de combustível.
Esta estrutura serve também como suporte para a suspensão traseira,
sendo que estes tubos dispostos em ângulo servem para absorver as forças
resultantes dos impactos sofridos pela suspensão e distribuí-las na estrutura do
cockpit.
FIGURA 27 - SUPORTE DO MOTOR E DO TANQUE
FONTE: O AUTOR
5.2 SUSPENSÃO TRASEIRA
Na seqüência do desenvolvimento, seguindo o conceito de um triciclo com
acionamento traseiro, foram modelados a roda traseira e o braço da suspensão,
ambos seguindo as dimensões das peças da moto Biz, como podem ser vistos na
FIGURA 28
e na FIGURA 29.
A utilização destas peças se dá pela facilidade com que estas são
encontradas no mercado de peças para motocicletas e grande parte das peças
46
utilizadas no projeto é proveniente desta moto. As medidas das peças que fazem
parte do projeto serão detalhadas posteriormente.
Para o modelamento da roda foi considerado um aro cheio, apenas para a
sua visualização e os detalhes que não são pertinentes não serão mostrados.
FIGURA 28 - RODA TRASEIRA
FONTE: O AUTOR
FIGURA 29 - BRAÇO DA SUSPENSÃO TRASEIRA
FONTE: O AUTOR
Utilizando-se o módulo Assembly Design do Catia, foi feita a montagem do
conjunto braço e roda para posterior montagem na gaiola, como pode ser visto na
47
FIGURA 30.
Este módulo será utilizado para a montagem de todas as peças do
triciclo.
FIGURA 30 - MONTAGEM DA RODA NO BRAÇO
FONTE: O AUTOR
A seguir o conjunto braço e roda foram montados na gaiola como mostra a
FIGURA 31.
FIGURA 31 - MONTAGEM DO BRAÇO NA GAIOLA
FONTE: O AUTOR
48
5.3 SUSPENSÃO DIANTEIRA
Para a escolha do tipo de suspensão dianteira a ser adotado, recorre-se ao
estudo dos diversos tipos de suspensão encontrados nos automóveis para o sistema
de rodas independentes, visto que no projeto o acionamento é realizado por uma
única roda. Existem para este sistema várias configurações possíveis, porém a
escolha se dará avaliando-se os três tipos mais comuns, sendo:
•
Sistema de deslizamento vertical
•
Sistema de braços sobrepostos
•
Sistema Macpherson
Os sistemas descritos são mostrados nas ilustrações a seguir, juntamente
com uma análise do seu funcionamento e possível utilização neste projeto.
5.3.1 SISTEMA DE DESLIZAMENTO VERTICAL
O sistema de deslizamento vertical consiste em duas barras paralelas que
são ligadas às barras de torção, utilizando-se amortecedores para estabilização do
sistema, conforme pode ser visto na FIGURA 32.
FIGURA 32 - SISTEMA DE DESLIZAMENTO VERTICAL
FONTE: GILLESPIE (1992, P. 242)
49
Este sistema apresenta um funcionamento bastante simplificado, e foi
utilizado pela Volkswagen e Porche na época da segunda guerra mundial.
5.3.2 SISTEMA DE BRAÇOS SOBREPOSTOS
Este sistema é composto por dois braços, geralmente em ‘’v’’ e de
comprimentos desiguais, sendo o inferior de maior comprimento.
Este sistema é o mais comum utilizado nos carros americanos após a
segunda guerra mundial. A FIGURA 33 mostra o sistema de funcionamento do “duplo
A”
FIGURA 33 - SISTEMA DE BRAÇOS SOBREPOSTOS
FONTE: BEST CARS (2005)
Normalmente chamado de “duplo A”, este sistema prove grande resistência
quando em carregamento. O sistema de amortecimento pode ser instalado tanto no
braço inferior quanto no superior.
5.3.3 SISTEMA MACPHERSON
Este sistema apresenta a vantagem de economizar espaço físico lateral e é
amplamente utilizado em automóveis que utilizam motores dianteiros.
É composto por um braço longitudinal que é fixado à estrutura por meio de
uma articulação, sendo o sistema de amortecimento fixado à outra extremidade.
O funcionamento do sistema MacPherson é apresentado na FIGURA 34.
50
FIGURA 34 - SISTEMA MACPHERSON
FONTE: BEST CARS (2005)
Este é o sistema de suspensão mais utilizado atualmente nos automóveis
de passeio, porém, apresenta a desvantagem da altura do sistema telescópico de
amortecimento.
5.3.4 ESCOLHA DA SUSPENSÃO ADEQUADA
Os sistemas de suspensão apresentados apresentam características
variadas como simplicidade de funcionamento para o caso das barras de torção,
resistência mecânica para o caso dos braços sobrepostos e economia de espaço
para o sistema MacPherson. Considerando-se que o sistema de barras de torção
necessita de um material adequado para a sua construção, isto o torna inviável para
o projeto do triciclo, apesar da sua simplicidade de funcionamento.
O sistema MacPherson torna-se bastante atraente no sentido de se ter a
disponibilidade de peças padronizadas, porém, para a sua aplicação na estrutura
tubular, seria necessário projetar um sistema de apoio externo, paralelo à estrutura
para a fixação da base do amortecedor e da mola. Este sistema seria uma boa
opção para o caso de utilização de um motor na parte dianteira do veículo.
O sistema de braços sobrepostos apresenta a vantagem de oferecer grande
resistência estrutural e é bastante simples de ser construído, além de ter o seu
funcionamento aprovado em veículos de competição. O sistema de braços
sobrepostos se torna o mais atraente devido a sua simplicidade e pelo fato de poder
ser construído com tubos de aço, estando alinhado com o conceito da estrutura.
51
5.3.5 MODELAMENTO DA SUSPENSÃO DIANTEIRA
O modelamento dos braços sobrepostos foi realizado tomando como base
as dimensões da estrutura do cockpit, mantendo-se uma largura máxima entre as
rodas de 1560 mm, estando bastante próximo das medidas de um veículo de
passeio básico. Inicialmente foi desenvolvido o braço superior, utilizando-se os
mesmos tubos da estrutura, sendo constituído por dois tubos soldados aos suportes
que são fixados ao cockpit e por uma bucha para a fixação do pivô, na outra
extremidade, conforme pode ser visto na FIGURA 35.
FIGURA 35 - BRAÇO SUPERIOR
FONTE: O AUTOR
A bucha de fixação do pivô apresenta um ângulo em relação aos tubos de
aproximadamente 18,45º para que a suspensão mantenha o alinhamento horizontal
do pivô com o solo. A distância entre a bucha de fixação do pivô e as buchas de
fixação do braço à estrutura é de 280mm. A fixação do braço no suporte é feita por
meio de chapas de aço de 10mm de espessura que são soldadas nos tubos.
Prevendo-se que estes suportes sofrerão grandes esforços dinâmicos
devido às forças envolvidas durante o momento da frenagem, o suporte foi
elaborado de forma a ter uma grande resistência aos momentos aplicados à
estrutura. Suportes que sofrem grandes carregamentos podem ser reforçados
utilizando chapas de aço soldadas em pontos oblíquos, no suporte e na base onde
este está fixado. Este tipo de reforço é comumente conhecido por “mão francesa” e
pode ser visto na FIGURA 36.
52
FIGURA 36 - SUPORTE E MÃO FRANCESA
FONTE: O AUTOR
A seguir, foi desenvolvido o braço inferior, usando-se o braço superior como
referencial de ajuste do suporte do pivô. A FIGURA 37 mostra o braço inferior e o
prolongamento da bucha de fixação do pivô. A inclinação da bucha do braço inferior
também é de 18,45º para manter o paralelismo dos braços.
FIGURA 37 - BRAÇO INFERIOR
FONTE: O AUTOR
A desigualdade permite que durante o esterçamento das rodas, estas girem
em cima do seu próprio eixo, facilitando a direção e deixando o controle mais leve. A
FIGURA 38
fundamenta a diferença de comprimentos entre os braços superior e
inferior, mostrando três possíveis configurações.
53
FIGURA 38 - INCLINAÇÃO DOS PIVÔS
FONTE: CHOLLET (2000, P.196)
A inclinação adotada para o projeto foi a do afastamento neutro. Este
desalinhamento entre os pivôs faz com que as rodas girem em cima do seu próprio
eixo, evitando esforços de alavanca na estrutura da suspensão, efeito este que é
causado pelos afastamentos interno e externo. A utilização do afastamento neutro
no projeto pode ser vista na FIGURA 39.
FIGURA 39 - AFASTAMENTO DOS PIVÔS
FONTE: O AUTOR
Os pivôs indicados para o projeto são do automóvel Santana, pois são
robustos e fáceis de se encontrar no mercado de autopeças.
54
5.3.6 MODELAMENTO DA MANGA
A ponta de eixo na qual a roda é fixada é engastada em um suporte
chamado de manga e é nesta peça que a articulação do pivô é fixada. A manga
mantém o paralelismo dos braços superior e inferior quando a suspensão passa por
um terreno irregular, já que ambos estão fixados a ela. Este suporte está sujeito a
grandes esforços e também necessita de um reforço estrutural, como é mostrado na
FIGURA 40.
FIGURA 40 - MANGA
FONTE: O AUTOR
Esta é uma das peças do conjunto de direção, sendo que a barra de direção
é fixada à manga por meio de um terminal rotular no braço de direção (lingüeta) que
sai do corpo da manga.
Esta inclinação precisa seguir um critério para atender à geometria de
Ackermann, a qual define que a linha formada pelo prolongamento do eixo de
rolamento da roda diretriz interna deve coincidir com o centro da curva, em
concordância com o prolongamento do eixo de rolamento da roda externa. Uma
representação da geometria de Ackermann pode ser vista na FIGURA 41.
55
FIGURA 41 - GEOMETRIA DE ACKERMANN
FONTE: CHOLLET (2000, P.203)
Para se conseguir a geometria de Ackermann de forma correta, utiliza-se o
diagrama de Jeantaud, que consiste em traçar uma linha que sai do centro dos pivôs
e vai até o centro das rodas traseiras. O ângulo formado por esta linha em relação à
linha de centro do veículo dará a posição exata de onde deve ficar o braço de
direção. Desta forma consegue-se determinar facilmente o comprimento das barras
e braços de direção, como pode ser visto na FIGURA 42.
FIGURA 42 - DIAGRAMA DE JEANTAUD
FONTE: MILLIKEN (1995, P.714)
O diagrama de Jeantaud foi utilizado no projeto do triciclo considerando-se o
centro da roda traseira para a determinação do comprimento do braço de direção,
56
cujo ponto de fixação da junta rotular deve estar alinhado com a linha de centro do
pivô e da roda traseira. Para determinar a posição de união do braço de direção à
manga foi determinado o plano que passa pelos pivôs superior e inferior, mantendo
a concordância de alinhamento. O plano referencial pode ser visto na FIGURA 43.
FIGURA 43 - PLANO DE REFERÊNCIA
FONTE: MILLIKEN (1995, P.714)
A seguir foi traçada uma linha deste plano até o centro da roda traseira e
determinado o comprimento e o ângulo do braço de direção, conforme pode ser visto
FIGURA 44.
FIGURA 44 - DETERMINAÇÃO DO BRAÇO DE DIREÇÃO
FONTE: O AUTOR
57
5.3.7 AMORTECEDORES
As molas e amortecedores indicados para o projeto são as da moto XL 125,
sendo suficientes para atender ao projeto e são facilmente encontradas no mercado
de moto-peças. Os amortecedores e molas da moto Biz são demasiadamente
inferiores às necessidades do triciclo devido à carga que será aplicada sobre eles.
A Biz apresenta uma carga seca de 93 Kg, enquanto que o triciclo apresenta
uma carga seca de aproximadamente 294 Kg, portanto, estes são muito fracos para
suportar o peso do triciclo e do cadeirante.
O conjunto de amortecimento apresenta um curso útil de 96 mm e será
utilizado nas suspensões traseiras e dianteiras. O amortecedor e a mola foram
modelados e montados no triciclo em suportes (olhais) fixados à estrutura e aos
braços das suspensões, como é mostrado na FIGURA 45.
FIGURA 45 - MONTAGEM DOS AMORTECEDORES
FONTE: O AUTOR
5.4 CAIXA DE DIREÇÃO
A definição da caixa de direção se deu pela necessidade de um amplo
esterçamento das rodas com um pequeno giro do guidão. Dentro dos sistemas de
direção, os mais comuns são:
58
•
Rosca sem fim
•
Servo assistida
•
Pinhão e cremalheira
Os sistemas de rosca sem fim necessitam de um grande deslocamento
angular no volante para que ocorra um deslocamento longitudinal significativo na
barra de direção. Como o triciclo utilizará um guidão de moto, o deslocamento
angular deve ser pequeno enquanto o deslocamento da barra de direção deve ser
grande. O sistema servo assistido (direção hidráulica) consiste em um reservatório
de óleo, uma bomba hidráulica, uma válvula hidráulica para o controle do óleo e um
cilindro de atuação. A utilização deste sistema seria muito útil por tratar-se de um
veículo destinado a portadores de necessidades especiais, mas além deste sistema
ser complexo encareceria o triciclo, ficando inviável num primeiro momento a sua
utilização, podendo ser estudada a sua utilização em projetos futuros para a
otimização deste triciclo. O sistema de pinhão e cremalheira apresenta uma
facilidade em relação aos demais devido ao fato de existirem vários passos de
engrenamento disponíveis no mercado, apresentando-se assim a um custo
relativamente baixo.
A FIGURA 46 mostra o modelamento da caixa de direção do triciclo utilizandose o sistema de pinhão e cremalheira.
FIGURA 46 - CAIXA DE DIREÇÃO
FONTE: O AUTOR
59
Para obter-se o deslocamento longitudinal necessário na barra de direção
para que as rodas esterçam o máximo possível, deve-se analisar qual o curso
angular máximo possível para o giro da roda.
A FIGURA 47 mostra o cuidado em se verificar qual o espaço físico disponível
para o deslocamento da roda. Este deslocamento define qual a relação de
engrenamento do pinhão e da cremalheira.
FIGURA 47 - ÂNGULO MÁXIMO DE ESTERÇAMENTO
FONTE: O AUTOR
O máximo ângulo verificado para o esterçamento foi de 30°. Fazendo a
relação do pinhão com a cremalheira obteve-se a relação entre os ângulos de 1,5,
considerando um deslocamento de 45° do guidão para um dos lados, como pode ser
visto no cálculo abaixo:
45°
= 1,5
30°
Para a determinação do deslocamento longitudinal máximo do braço de
direção foi feito um desenho utilizando-se a manga como referencial com
deslocamento de 30°, onde obteve-se uma distância de aproximadamente 44 mm ,
como mostra a FIGURA 48
60
FIGURA 48 - DESLOCAMENTO LONGITUDINAL
FONTE: O AUTOR
A partir deste deslocamento necessário, calcula-se a relação entre o pinhão
e a cremalheira, utilizando-se os padrões conhecidos.
Desejando-se obter um deslocamento angular de no máximo 45° no guidão,
calcula-se o perímetro do pinhão, dividindo-se os 360° da engrenagem em 8 seções
iguais, como é mostrado a seguir:
2 ⋅π ⋅ r
= 44mm
8
8
r = 44
2 ⋅π
r = 56mm
Com este resultado obtém-se o diâmetro primitivo do pinhão, sendo:
dp = 2 ⋅ r
dp = 112mm
Utilizando-se um módulo de 2mm para o cálculo do número de dentes do
pinhão na equação 11 obtém-se:
61
112mm
Z
Z = 56
2=
Para a obtenção do passo da engrenagem o valor encontrado é de:
pn = 2 ⋅ 3,1416
pn = 6,2832
A literatura sugere que a largura da engrenagem seja de 8 a 16 vezes o
módulo. Adotando-se um valor intermediário de 12, encontra-se um valor de 24 mm
para a largura da engrenagem. Com os valores obtidos, é possível efetuar facilmente
a compra do conjunto pinhão e cremalheira em casas especializadas.
Este ângulo de 30° será o referencial para o menor raio de uma curva
possível de ser feita pelo triciclo, onde serão consideradas as piores situações para
definir as condições de contorno para a análise dinâmica.
Para minimizar ou até mesmo evitar que os efeitos das forças que atuam no
sistema de suspensão sejam transmitidos para o sistema de direção, o comprimento
da barra de direção deve estar preferencialmente alinhado com a linha de
articulação do sistema de suspensão, conforme é mostrado na FIGURA 49.
FIGURA 49 - BARRA DE DIREÇÃO
FONTE: O AUTOR
62
5.4.1 CÁLCULOS DOS ESFORÇOS DE DIREÇÃO
Para o cálculo dos esforços de direção são utilizadas as equações 5 e 6, as
quais mostram que o momento gerado pelo binário das forças aplicadas no guidão
deve ser maior que o momento gerado pela resistência do atrito dos pneus com o
pavimento. Utilizando-se o diagrama de corpo livre para os cálculos, conforme a
FIGURA 50,
obtém-se:
FIGURA 50 - ESFORÇOS NA DIREÇÃO
FONTE: O AUTOR
Aplicando-se uma força de 147,15 N, ou seja, 15 Kg x 9,81 m/s², no binário
de forças F1 multiplicado pela distância d1 de 0,35 m obtém-se o momento realizado
pelo guidão na barra solidária que vai para a caixa de direção.
Este momento é transferido para a engrenagem, que por sua vez transfere
uma força resultante para a barra de direção. Esta força atua no braço de direção
gerando o momento que irá realizar o deslocamento da manga e conseqüentemente
girando a roda. O desenvolvimento do cálculo dos esforços para esta relação
adotada é mostrado abaixo, considerando:
•
d1 = 0,35 m
•
d2 = 0,07 m
•
F1 = 147,15 N
63
Da equação 5:
M 1 = 0,35 ⋅ 147,15
M 1 = 51,5 Nm
M1 = M 2
51,5 = F 2 ⋅ 0,056
F 2 = 919,68 N
M 3 = 0,07 ⋅ 919,68
M 3 = 64,37 Nm
Fazendo-se o cálculo do momento oferecido pelo pneu, adotando-se um
coeficiente µ = 0,6 do livro Fundamentals of Vehicle Dynamics, Gillespie (1992), e
considerando-se:
•
N = normal = 2009,8 N
•
r = 0,04 m = raio da deformação do pneu com diâmetro de 80 mm
Mpneu = Fat ⋅ r
Mpneu = µ .N .r
Mpneu = 0,6 ⋅ 2009,8 ⋅ 0,04
Mpneu = 48,23 Nm
Comparando-se os valores, observa-se que o sistema de direção oferece
torque suficiente para girar a roda na pior situação que é estar com o pneu
totalmente vazio.
5.4.2 SUPORTE DO GUIDÃO
Para que o guidão do triciclo fique em uma altura confortável foi utilizado o
manequim como referência, projetando-se um suporte de forma que o cadeirante
tenha espaço suficiente para manobras no cockpit.
Inicialmente foi modelado o guidão da moto Biz para a visualização do
melhor ponto de apoio e em seguida foi modelado o suporte do guidão, como pode
ser visto na FIGURA 51.
64
FIGURA 51 - SUPORTE DO GUIDÃO
FONTE: O AUTOR
5.4.3 DETERMINAÇÃO DO MENOR RAIO DE CURVATURA
Para determinar qual o menor raio que o triciclo é capaz de fazer foram
desenhadas no Catia as rodas dianteiras considerando-se o máximo esterçamento
das rodas. A partir do ângulo de 30° de esterçamento determinou-se que o raio
mínimo é de 3,380 m, como pode ser visto na FIGURA 52. Para efetuar o retorno em
uma rua comum de 6,5 m, é necessário que se faça uma única manobra.
FIGURA 52 - MENOR CURVA POSSÍVEL DE SER FEITA
FONTE: O AUTOR
65
5.5 DETERMINAÇÃO DAS MÁXIMAS VELOCIDADES EM CURVAS
Para determinar quais as velocidades ideais para contornar as mais diversas
curvas, foi elaborada uma planilha no Microsoft Excel, considerando-se as equações
de movimento em coordenadas normal e tangencial. A partir das velocidades
tangenciais, que são a própria velocidade do veículo, foram determinadas as
acelerações normais, possibilitando-se encontrar as forças atuantes no CG do
triciclo. A partir disto, foi calculado o momento responsável por manter o triciclo
estável e o momento capaz de capotar o veículo. A TABELA 3 mostra as velocidades
ideais para se efetuar com segurança as curvas com os diferentes raios adotados.
TABELA 3 - VELOCIDADE SEGURA EM CURVAS
V (Km/h)
25
35
50
60
70
80
V (m/s)
6,944
9,722
13,88
16,66
19,44
22,22
RAIO (m)
5
10
20
30
40
50
MOMENTO ESTABILIZADOR (Nm)
1419,5
1419,5
1419,5
1419,5
1419,5
1419,5
MOMENTO P/ CAPOTAGEM (Nm)
1265,2
1239,9
1265,2
1214,6
1239,9
1295,6
FONTE: O AUTOR
A tabela acima mostra que a força que atua no CG do triciclo e que gera o
momento capaz de provocar o capotamento tende a diminuir quando o raio de
curvatura tende a virar uma reta. As velocidades mostradas na tabela foram
escolhidas considerando que o momento de capotagem deve ser sempre menor que
o momento que garante a estabilidade do triciclo.
5.6 ACESSO AO COCKPIT
A facilidade de acesso ao cockpit é fundamental para a mobilidade do
cadeirante, visto que deve ser um sistema de fácil controle e que atenda
eficientemente às necessidades do transporte. Várias formas de embarque foram
idealizadas, dentre as quais:
66
•
Sistema hidráulico de alavancas para ajustar a altura de todo o triciclo
•
Plataforma extensível lateralmente e acionada pneumaticamente
•
Plataforma acionada por motoredutor e cabo de aço
Levando-se em consideração a facilidade de construção a opção mais
simples foi adotada, sendo descartado o sistema hidráulico por este necessitar uma
modificação completa da estrutura da gaiola e pelo sistema hidráulico representar
um acréscimo de peso considerável. Este sistema abaixaria toda a estrutura do
triciclo até o solo para o embarque.
O sistema pneumático implica na necessidade de acoplar um sistema de
transmissão, do motor para o compressor, representando uma redução na potência
útil para o deslocamento do triciclo, além de ser necessário um reservatório para o ar
comprimido. Neste sistema uma plataforma retrátil sairia debaixo do assoalho do
veículo, acionada por um cilindro pneumático até o meio fio para o embarque. A
solução mais simples observada é a da plataforma elevadiça.
Esta plataforma apresenta uma articulação fixa à estrutura e que é içada
utilizando-se um motoredutor de corrente contínua, de um limpador de pára-brisas,
acoplado a um cabrestante para erguer e abaixar a plataforma. Este sistema permite
que se tenha o ajuste da altura conforme a necessidade, visto que o usuário poderá
controlar o motoredutor com um simples apertar de botões. Para um perfeito
funcionamento, esta plataforma deve ser a mais leve possível e ter resistência
suficiente para suportar o peso do cadeirante. Os materiais mais comuns utilizados
para este tipo de plataforma são o alumínio para a chapa e cantoneiras de aço para
a resistência da estrutura. A plataforma foi idealizada para atender à máxima
inclinação permitida para rampas de acesso utilizadas por cadeirantes e que não
pode ser superior a 12°. Como o veículo é projetado para o uso urbano, foi
considerada uma rampa para o acesso utilizando-se o meio fio, conforme pode ser
visto na FIGURA 53.
67
FIGURA 53 - RAMPA DE ACESSO
FONTE: O AUTOR
A rampa apresenta um peso estimado de aproximadamente 15 Kg, o que
implica no cálculo demonstrado abaixo para a definição do moto-redutor necessário
para efetuar a movimentação da plataforma. Da equação 5 obtém-se:
15 Kg ⋅ 9,81m ⋅ s −2 = 147,15 N
T = 0,25m ⋅ 147,15 N
T = 36,785 Nm
Onde 0,25 é a distância lateral de aplicação da força na plataforma.
Conforme o torque necessário calculado para erguer a plataforma, foi feita
uma busca por um moto-redutor que atendesse a este torque, onde foi encontrado o
moto-redutor utilizado em limpadores de pára-brisa fabricado pela Bosch.
Este moto-redutor está disponível nos modelos CEP e CHP e funcionam a
12 v, com 38 Nm de torque a 5 RPM, capaz de trabalhar por 1,5 milhão de ciclos,
estando desta forma compatível com a necessidade do projeto. O motoredutor é
mostrado na FIGURA 54.
68
FIGURA 54 - MOTO-REDUTOR
FONTE: O AUTOR
O controle de acionamento da rampa poderá ser instalado no ponto onde o
motorista achar mais conveniente, visto que se trata de um botão liga-desliga. Caso
o usuário prefira, existe a possibilidade de controlar a rampa remotamente,
utilizando-se um circuito de controle de portão eletrônico. Este sistema pode ser
facilmente adaptado, representando maior conforto e praticidade, porém, esta
possibilidade fica indicada apenas como sugestão de melhoria. O diagrama elétrico
para a ligação do moto-redutor da rampa pode ser visto no apêndice 2.
5.7 SISTEMA DE SEGURANÇA
Visando-se garantir que o usuário do triciclo tenha o máximo de segurança,
foram idealizados alguns itens necessários como o protetor cervical, travas para a
cadeira de rodas e cinto de segurança.
5.7.1 PROTETOR CERVICAL
O protetor cervical serve para evitar que o motorista sofra danos na coluna
cervical ou que esmague o cerebelo em caso de uma batida quando, após o
impacto, a cabeça se desloca para trás. Até meados da década de 90 as fábricas de
automóveis não eram obrigadas a montar este item de segurança em seus carros,
mas após muitos acidentes terem ocorrido, os protetores cervicais passaram a ser
69
obrigatórios por lei. O protetor desenvolvido para o triciclo apresenta um ajuste
diferente dos protetores encontrados nos veículos comuns devido ao fato de que o
assento é a própria cadeira de rodas, impossibilitando a sua fixação nesta. A FIGURA
55
mostra o protetor, o suporte de deslizamento e as suas manoplas para ajuste da
distância de encosto.
FIGURA 55 - PROTETOR CERVICAL
FONTE: O AUTOR
5.7.2 TRAVAS DE SEGURANÇA
Para evitar que a cadeira de rodas fique solta dentro do cockpit foi
desenvolvido um sistema de travas ajustáveis, as quais são fixadas na estrutura do
triciclo por uma articulação tubular do suporte. Estas travas possuem furações para
que a trava possa ser fixada na cadeira de rodas, deslocando-se a barra para dentro
ou para fora do suporte, sendo que o travamento das barras retráteis é feito por meio
de manoplas roscadas aos tubos. As travas foram idealizadas de forma a travar da
melhor forma possível a cadeira de rodas, considerando-se que esta não é uma
estrutura rígida, possuindo articulações para a dobra da cadeira. Nos pontos de
apoio da cadeira de rodas vão três pequenos soquetes de aço que podem ser
soldados ou parafusados nos tubos com maior diâmetro da cadeira. É nestes
soquetes que os pinos de segurança dos braços extensíveis são posicionados. Os
dois braços de segurança traseiros evitam o movimento longitudinal da cadeira,
enquanto o braço lateral tem o objetivo de evitar um deslocamento lateral durante
70
uma curva, evitando-se que seja gerado um momento fletor nos dois braços
traseiros. A FIGURA 56 mostra os braços de segurança.
FIGURA 56 - TRAVAS DA CADEIRA
FONTE: O AUTOR
5.7.3 CINTO DE SEGURANÇA
O cinto de segurança utilizado no projeto é o de três pontas devido a
oferecer mais segurança para o usuário. È fácil de ser encontrado no mercado de
autopeças e pode ser fixado facilmente à estrutura tubular por meio de parafusos e
porcas. A FIGURA 57 mostra o cinto de três pontas fixados à gaiola.
FIGURA 57 - CINTO DE SEGURANÇA
FONTE: O AUTOR
71
5.7.4 LANTERNAGEM
Os faróis, luzes de freio e pisca utilizados poderão ser encontrados em
casas de autopeças, não estando restrito ao uso de um modelo específico. A
instalação do sistema elétrico de controle pode ser feita facilmente utilizando-se os
controles presentes no guidão da biz.
5.7.5 CÁLCULO DO SISTEMA DE FREIOS
Fazendo-se a consideração da massa do veículo carregado, a 60 Km/h,
desacelerando-se totalmente em um espaço de 30m, a relação de torque do sistema
de freios e pressão nos pastilhas de freio fica:
m = 417 Kg
V0 = 60 Km/h =16,66m/s
S = 30 m
A = área da pastilha de freio (30 mm x 60 mm) = 0,0018 m²
Da equação 14 tem-se:
(16,66)2
2 ⋅ 30
a = 4,625m / s 2
a=
Utilizando a equação 4 encontra-se a força necessária para a frenagem,
como mostrado abaixo:
F = 417 ⋅ 4,625
F = 1929,01N
Da equação 5 obtém-se o torque no sistema:
72
T = 1929,01 ⋅ 0,425
T = 819,8 Nm
A pressão necessária nas pastilhas de freio para que o carro pare vem do
contra-torque que é exercido nos discos de freio. Utilizando o torque do sistema para
um disco de freio com 250 mm de diâmetro tem-se:
819,8 = F ⋅ 0,125
F = 6558,4 N
Utilizando esta força para o cálculo da pressão das pastilhas.
6558,5
0,0018
P = 3643555,55 Pa
P = 36,43bar
P=
Para a utilização de um disco de freio por roda divide-se o valor da pressão,
encontrando-se 12,15 bar por conjunto. Desta forma, 66,66% da carga imposta na
frenagem fica nas rodas dianteiras e 33,33% fica na roda traseira. A FIGURA 58
mostra um conjunto de freio a disco e o atuador hidráulico das pastilhas de freio.
FIGURA 58 - CONJUNTO DE FREIO
FONTE: O AUTOR
73
5.8 APLICAÇÃO DO FMEA DE PROJETO
De forma a verificar os possíveis pontos de surgimento de falhas, foi
realizado um FMEA de projeto no qual foram observados aspectos como a
segurança, custo e peso, onde foram levantados os seguintes pontos:
•
Carenagem
•
Trava de fixação da cadeira
•
Velocidade máxima
•
Sinalização para identificação
•
Espessura da parede do tubo
Foi feita uma discussão em relação a cada ponto levantado, verificando a
criticidade e propondo uma solução de melhoria. A tabela do FMEA aplicado a este
projeto pode ser vista no apêndice 3.
5.9 DEFINIÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CONTORNO
Para definir as forças que serão aplicadas à estrutura para a análise de
elementos finitos é necessário que sejam calculadas inicialmente as reações de
apoio atuantes no triciclo utilizando as equações 7,8,9 e 10. Para a determinação do
centro de gravidade (CG) do triciclo foram aplicadas as propriedades dos materiais
nos componentes do conjunto e o cálculo foi feito pelo próprio software Catia.
O CG foi determinado tomando como base os planos de referência do Catia
e está situado nas coordenadas:
•
X = 0 mm
•
Y = - 410mm
•
Z = 425mm
74
5.9.1 REAÇÕES DE APOIO
A decomposição das forças resultantes deve ser feita nas três rodas de
forma a distribuir-se as cargas impostas pelo peso da estrutura, peso do cadeirante,
motor e demais componentes. Utilizando-se a coordenada Y = -412 mm em relação
ao referencial, aplica-se a força total do conjunto utilizando-se o diagrama de corpo
livre para calcular-se as reações entre os eixos dianteiro e traseiro, e depois ente as
duas rodas dianteiras. Para o cálculo são utilizadas as equações 4, 5, 8 e 10.
Massa do triciclo = 294 Kg
Massa do cadeirante = 105 Kg
Massa da cadeira de rodas = 18 Kg
a = 9,81 m/s²
Da equação 4 :
F = 417 ⋅ 9,81
F = 4090.77 N
Esta força W de 4090,77 N será aplicada no centro de gravidade do conjunto
para a análise das forças atuantes, como é mostrado na FIGURA 59.
FIGURA 59 - REAÇÕES DE APOIO
FONTE: O AUTOR
75
Para o cálculo das reações, utilizando-se as equação 8 e 10 para o
carregamento em vigas tem-se:
∑ Fy = 0
− W + F1 + F 2 = 0
F1 + F 2 = 4090,77 N
∑ MA = 0
− W ⋅ 0,86 + 1.690 ⋅ F 2 = 0
F 2 = 2081,7 N
F1 + F 2 = MA
F1 = 4090,77 − F 2
F1 = 2009,07 N
5.9.2 ANÁLISE ESTRUTURAL DA SUSPENSÃO E DA GAIOLA
Como critério para a análise dinâmica foi adotado um coeficiente 2, o qual
será imposto na estrutura durante a análise por elementos finitos. A força F2 será
aplicada no eixo traseiro para a análise por elementos finitos e a força F1 será
decomposta e duas para o carregamento dos eixos dianteiros.
Para a análise do comportamento das peças da suspensão, os engastes
foram aplicados nos pontos de fixação. No caso da manga as restrições foram
aplicadas nos pontos de fixação dos pivôs e a força aplicada diretamente no eixo.
No pivô o esgastamento foi aplicado no ponto de fixação ao braço da
suspensão e a força aplicada na ponta articulada.
Nos braços da suspensão as restrições foram aplicadas nas faces dos furos
de fixação aos suportes da estrutura.
Para a análise, a força de reação F1 foi dividida nas duas rodas dianteiras,
fazendo a análise estática utilizando um carregamento de 1004,535 N na ponta de
eixo com um refinamento de malha de 3,5 mm para o aço SAE 1020, com limite de
escoamento de 210 MPa, o comportamento da manga e ponta de eixo atende ao
projeto, como é mostrado na FIGURA 60.
76
FIGURA 60 - ANÁLISE ESTÁTICA DA MANGA COM AÇO SAE 1020
FONTE: O AUTOR
Porém, aplicando-se um coeficiente dinâmico 2, verificou-se que o limite de
escoamento do material é ultrapassado, ocorrendo a deformação plástica do
material, como é mostrado na FIGURA 61, sendo necessária a troca do material por
outro mais resistente.
FIGURA 61 - ANÁLISE DINÂMICA DA MANGA COM AÇO SAE 1020
FONTE: O AUTOR
Modificando-se o material da ponta de eixo para o aço SAE 1045, com limite
de escoamento de 310 MPa, e aplicando-se a análise novamente, verifica-se que o
77
limite de escoamento fica abaixo dos 240 MPa, atendendo aos carregamentos
impostos, como é mostrado na FIGURA 62
FIGURA 62 - ANÁLISE DINÂMICA DA MANGA COM AÇO SAE 1045
FONTE: O AUTOR
Fazendo-se o cálculo estático no pivô e utilizando-se um carregamento de
502,26 N por pivô, nota-se que esta peça apresenta uma resistência considerável,
mesmo que utilizando-se o aço SAE 1020, como pode ser visto na FIGURA 63.
FIGURA 63 - ANÁLISE ESTÁTICA DO PIVÔ COM AÇO SAE 1020
FONTE: O AUTOR
78
A análise dinâmica do pivô mostrou que mesmo com um carregamento duas
vezes maior a sua resistência ainda é satisfatória, como mostra a FIGURA 64.
FIGURA 64 - ANÁLISE DINÂMICA DO PIVÔ COM AÇO SAE 1020
FONTE: O AUTOR
A seguir, o carregamento foi aplicado nos braços da suspensão, inicialmente
no braço inferior, aplicando-se a força de 502,26 N para análise estática, já que a
força de 2009,8 N é dividida igualmente para as duas suspensões e pelos dois
braços. A FIGURA 65 mostra o carregamento estático no braço inferior.
FIGURA 65 - ANÁLISE ESTÁTICA DO BRAÇO INFERIOR
FONTE: O AUTOR
79
O carregamento dinâmico mostra a resistência oferecida pelos tubos,
verificando-se que a suspensão é capaz de suportar grandes esforços sem o risco
do braço fletir. A FIGURA 66 mostra o carregamento dinâmico no braço inferior.
FIGURA 66 - ANÁLISE DINÂMICA DO BRAÇO INFERIOR
FONTE: O AUTOR
Aplicando-se uma carga 3 vezes maior no braço inferior a fim de testar-se o
suporte do amortecedor, percebe-se que a suspensão resiste perfeitamente à
carregamentos muito maiores do que os previstos para a utilização do veículo em
vias urbanas. A FIGURA 67 mostra o carregamento no suporte do amortecedor.
FIGURA 67 - CARREGAMENTO NO SUPORTE DO AMORTECEDOR
FONTE: O AUTOR
80
O carregamento no braço superior foi feito da mesma forma com o resultado
estático mostrado na FIGURA 68.
FIGURA 68 - ANÁLISE ESTÁTICA DO BRAÇO SUPERIOR
FONTE: O AUTOR
A análise dinâmica do braço superior também mostrou que a resistência
oferecida é suficientemente elevada, estando de acordo com os requisitos de
segurança para o projeto, como é mostrado na FIGURA 69.
FIGURA 69 - ANÁLISE DINÂMICA DO BRAÇO SUPERIOR
FONTE: O AUTOR
81
Em seguida foi aplicado o carregamento na estrutura referente ao cadeirante
e ao motor a fim de encontrar pontos que necessitem de reforço. As forças foram
aplicadas nos pontos de apoio do cadeirante e do motor e as restrições foram
aplicadas nos suportes das suspensões. O carregamento referente ao cadeirante é
de 30% do peso nas rodas dianteiras da cadeira de rodas e 70% nas rodas
dianteiras. Para uma pessoa com 105 Kg a distribuição fica:
mcadeirante = 105 Kg
mcadeira = 17 Kg
F = (105 + 17 ) ⋅ 9,81
F = 1196,82 N
As forças do cadeirante e da cadeira são aplicadas nos pontos de contato
das rodas com o assoalho do triciclo, sendo o carregamento nos rodízios de 30% da
força encontrada, com a metade para cada um e a carga das rodas traseiras é o
restante desta força, aplicando metade em cada roda.
A carga de 392,4 N referente à massa do motor é distribuída igualmente no
suporte. Para a análise, a estrutura foi fixada nos suportes dos amortecedores e das
suspensões, como pode ser visto na FIGURA 70.
FIGURA 70 - RESTRIÇÕES APLICADAS NA GAIOLA
FONTE: O AUTOR
82
As cargas estáticas aplicadas à estrutura são mostradas na FIGURA 71.
FIGURA 71 - CARREGAMENTO ESTÁTICO NA GAIOLA
FONTE: O AUTOR
O carregamento dinâmico mostrou o comportamento esperado, resistindo
perfeitamente à duas vezes o carregamento estático, como é mostrado abaixo na
FIGURA 72.
FIGURA 72 - CARREGAMENTO DINÂMICO NA GAOILA
FONTE: O AUTOR
83
O próximo teste realizado foi simular uma batida na suspensão para analisar
os suportes dos braços da suspensão. Para esta análise foi utilizado um momento
na estrutura de 100 Nm, como é mostrado na FIGURA 73.
FIGURA 73 - IMPACTO NA SUSPENSÃO
FONTE: O AUTOR
As restrições foram aplicadas nos suportes das suspensões, nas faces dos
furos e o que se verificou é que os suportes reforçados são muito eficientes,
resistindo a grandes impactos.
5.10 MOTORIZAÇÃO
O motor a ser utilizado para a propulsão do triciclo deve ser o mais leve
possível, tendo preferencialmente partida elétrica a fim de facilitar o seu
acionamento. Um motor que se adequa a este projeto é o da moto Biz, o qual
apresenta as seguintes características:
•
Partida elétrica
•
Arrefecimento a ar
•
9,1 cv a 7000 RPM
•
1,07 Kg.m a 4000 RPM
•
4 velocidades (N - 1 - 2 - 3 -4)
84
5.10.1 SISTEMA DE CÂMBIO
Para o sistema de mudança de velocidade sem o acionamento da
embreagem existem dois sistemas compatíveis com o projeto. Um destes sistemas é
o sistema seqüencial de marchas da moto Biz, o qual funciona através do
acionamento de uma alavanca em um único sentido e faz o embreamento
automaticamente.
O outro é o sistema de embreagem centrífuga utilizado em
Mobiletes, onde uma polia variadora transmite a rotação do motor para a
transmissão conforme o atrito dado por sapatas revestidas por lonas de freio que se
abrem sobre um disco de arraste.
No sistema de embreagem centrífuga a velocidade máxima só é atingida
com a máxima rotação do motor, sendo prejudicial para a sua vida útil e perdendo
muito torque em subidas devido ao escorregamento das sapatas. O sistema da moto
biz permite que o motor trabalhe em uma faixa de rotação adequada para cada
velocidade, evitando o seu desgaste excessivo. Para a utilização no projeto a opção
mais adequada é a de utilizar o sistema da própria moto Biz, onde poderá ser
adaptado o sistema de troca por meio de um Manete no lado esquerdo do guidão,
visto que este ponto não é utilizado no guidão da moto Biz.
Este sistema poderá ser acionado por meio de cabos de aço em conduites
utilizados nos sistemas de freio de bicicletas, ligados diretamente à alavanca de
trocas da caixa de engrenagens.
5.10.2 RELAÇÃO DE TRANSMISSÃO
Para transmitir a tração do motor até a roda devido à posição do motor, é
necessário que seja instalada uma roda dentada intermediária instalada em um
suporte na estrutura, com relação de 1:1 alinhada com o eixo de giro da suspensão
traseira a fim de manter a corrente de acionamento da roda traseira sempre
esticada.
Esta roda dentada deverá ser instalada na posição prevista na estrutura,
conforme mostra a FIGURA 74. Para garantir a segurança do usuário, recomenda-se
que a relação de transmissão permita uma velocidade máxima de 60 Km/h.
85
FIGURA 74 - PONTO DE FIXAÇÃO DA RODA DENTADA
FONTE: O AUTOR
5.10.3 MARCHA À RÉ
Para fazer a marcha à ré pode ser utilizado um motor de partida de
automóvel, instalado de forma a estar engrenado em uma corrente auxiliar da
corrente de acionamento da roda motriz.
Este motor apresenta facilidade de utilização devido ao fato deste girar
livremente quando o motor está em regime de trabalho, acoplando somente quando
solicitado. Para a sua utilização basta acionar o comando de troca de marchas para
a posição neutra e em seguida apertar um botão de pulso, o qual pode ser instalado
no guidão para facilitar a sua utilização pelo usuário. A montagem do sistema que
permite a marcha à ré é mostrado na FIGURA 75.
86
FIGURA 75 - TRANSMISSÃO E MARCHA À RÉ
FONTE: O AUTOR
O diagrama elétrico de ligação do motoredutor pode ser visto no anexo 6.
5.11 VISTA GERAL DO TRICICLO
A FIGURA 76 mostra o triciclo em perspectiva .
FIGURA 76 - PERSPECTIVA DO TRICICLO
FONTE: O AUTOR
87
5.12 CUSTO DE FABRICAÇÃO
Para o custo de fabricação de um protótipo foram levantados os custos dos
materiais e mão-de-obra necessários, como é mostrado abaixo:
Moto biz es 2008 – R$ 5.600,00
Roda extra dianteira – R$ 260,00
Motoredutor R$ - 150,00
Tubos – 4 barras de 6m - R$ 306,00
Chapa de aço 1020 1 mm – R$ 160,00
Chapa de alumínio 5 mm – R$ 465,00
Cantoneira 1” x 1/8” – R$ 20,00
Barra de direção – R$ 140,00
Pivôs – R$ 160,00
Bateria – R$ 150,00
Caixa de direção – R$ 100,00
4 conjuntos de amortecimento – R$ 400,00
Porcas, parafusos e arruelas – R$ 200,00
Eletrodos – R$ 40,00
Mão-de-obra – R$ 430,00
Estes valores foram obtidos mediante pesquisa em casas de autopeças e
ferragens. Para o custo da mão de obra foi utilizado o maior valor de remuneração
encontrado nas empresas de Curitiba referente aos salários de um torneiro, fresador,
soldador e ajustador mecânico.
O custo total estimado é de R$ 8.581,00 para a construção de uma unidade.
88
6 CONCLUSÃO
O desenvolvimento do projeto teve início com uma pesquisa de campo,
verificando o que já existe para facilitar a locomoção dos portadores de
necessidades especiais. Após uma entrevista com os usuários finais o projeto foi
delineado, passando a ser observado o que seria necessário para chegar-se a um
produto que atendesse aos requisitos dos clientes. Utilizando-se dos conhecimentos
teóricos adquiridos durante todo o curso, juntamente com a experiência profissional,
foi possível desenvolver um veículo conceitual capaz de oferecer uma alternativa
aos meios de transporte coletivos, seguindo uma metodologia que se mostrou eficaz
durante o processo de desenvolvimento do projeto, ficando visível na evolução do
conceito base até o produto final.
A utilização do software Catia para o desenvolvimento do projeto permitiu
que as mudanças para a adequação aos requisitos fossem realizadas sem gerar os
custos envolvidos em um processo de desenvolvimento empírico, demonstrando por
meio da análise por elementos finitos que os materiais escolhidos estão adequados
para o uso, bem como as peças que foram projetadas, resistindo aos carregamentos
impostos sobre a estrutura do veículo. A utilização do software foi importante
também no sentido de permitir que os pontos ligados à ergonomia do triciclo
pudessem ser observados, estando em concordância com as normas estabelecidas
pela ABNT e às dimensões encontradas no livro de ergometria adotado.
Porém, devido ao fato de que este projeto é conceitual, para que seja
construído um protótipo será necessário conhecimento técnico para a definição dos
parafusos, buchas, travas e demais componentes a serem utilizados, já que o
projeto não se ateve a este nível de detalhamento, estando desta forma liberada a
sua utilização como objeto de estudo para projetos futuros ligados à engenharia,
como um possível trabalho de otimização ou a qualquer projeto que esteja ligado à
intenção de proporcionar melhores condições aos portadores de necessidades
especiais. Para melhor entendimento deste modelo, recomenda-se a verificação dos
desenhos que encontram-se no apêndice deste trabalho, bem como a verificação
dos sólidos modelados que se encontram no cd que acompanha este material.
Tendo verificado que todos os pontos planejados para desenvolvimento do
projeto conceitual de um triciclo que permita aos portadores de necessidades
89
especiais aumentarem a sua mobilidade e autonomia, concluí-se que este trabalho
obteve êxito naquilo a que se propôs, aplicando a engenharia mecânica em
benefício da sociedade.
90
GLOSSÁRIO
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
Brainstorming - [Ingl.] Substantivo masculino. Técnica de reunião em que os
participantes, usualmente de diferentes especialidades, expõem livremente suas
idéias, em busca de solução criativa para um dado problema, uma campanha
publicitária, etc.
Cabrestante - Roda estriada utilizada para o tracionamento de cabos.
Cad-Cae - [Sigla do ingl. Computer-Aided Design/Computer-Aided Engineering,
Cadeirantes - Termo genérico utilizado para designar os usuário de cadeiras de
rodas.
Fmea - Ferramenta utilizada para o auxílio em otimizações de projetos e processos.
Fumo - [Do lat. fumu.] Substantivo masculino. Vapor pardacento-azulado que sobe
dos corpos em combustão ou muito aquecidos.
Intermitente - [Do lat. intermittente.] Que apresenta interrupções ou suspensões;
não contínuo:
Iteração - Processo de resolução (de uma equação, de um problema) mediante uma
seqüência finita de operações em que o objeto de cada uma é o resultado da que a
precede.
Primer - Tinta impermeabilizante aplicada como fundo em superfícies; preparação
para pintura final.
91
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ARAÚJO, Fábio. Automóveis Adaptados para Deficientes Físicos. [on line],
Brasil.
Disponível:
http://www.alessandra.eduardo.nom.br/html/adaptacao.htm
[capturado em 20 mar. 2007].
BEER, Ferdinand P.; JR, E. Russel Johnston. Resistência dos Materiais. 3. ed.
Brasil. Makron Books, 2006.
BENEVIDES, Cassuça. Brasil 'Tem a Melhor Legislação para Deficientes das
[on
Américas'.
line],
Alemanha.
Disponível:
http://www.eesc.usp.br/bioeng/resumonoticia.php [capturado em 20 fev. 2007].
BEST
CARS.
[on
line],
Brasil.
Disponível:
http://www.2.uol.com.br/bestcars
[capturado em 01 fev. 2007].
BMW. Produtos. [on line], Inglaterra. Disponível: http://www.martinconquest.com
[capturado em 17 mar. 2007].
CÂMARA MUNICIPAL DE CURITIBA. Assessoria de Imprensa. [on line], Brasil.
Disponível: http://www.cmc.pr.gov.br/ass_det.php [capturado em 27 fev. 2007].
CASTRO, Miguel de. Suspensión, Dirección, Frenos. 1. ed. Peru. Grupo Editorial
Ceac, S.A., 2001.
CIMM. Torno. [on line], Brasil. Disponível: http://www.cimm.com.br [capturado em
26 jun. 2007].
DHNET.
Deficiente.
[on
line],
Brasil.
Disponível:
http://www.dhnet.org.br/dados/cursos/dh/br [capturado em 20 fev. 2007].
DIXON, John C. Tires, Suspension and Handling. 2. ed. EUA. SAE, 1996.
92
ESAB. Literatura. [ on line], Brasil. Disponível: http://www.esab.com.br [capturado
em 25 jun. 2007].
FOLHA
DE
S.PAULO.
Carros
Adaptados.
[on
line],
Brasil.
Disponível:
http://www1.folha.uol.com.br/folha/classificados/veiculos [capturado em 29 mar.
2007].
GERHARD, PAHL; BEITZ, WOLFGANG; FELDHUSEN,JORG; GROTE, KARLHEINRICH. Projeto na Engenharia. 6. ED. ALEMANHA. EDITORA EDGARD
BLUCHER.
GILLESPIE, Thomas D.. Fundamentals of Vehicle Dynamics. EUA. SAE – Society
of Automotive Engineers, 1992.
GUIAMETALICA.
Tabelas.
[on
line],
Brasil.
Disponível:
http://www.guiametalica.com.br [capturado em 25 jun. 2007].
H. M. COLLET. O Livro do Mecânico e Eletricista de Automóveis. Brasil. Editora
Angelotti LTDA. Ano de publicação não disponível.
LM CRIAÇÕES E ADAPTAÇÕES PARA DEFICIENTES FÍSICOS. Produtos. [on
line], Brasil. Disponível: http://www.lmrio.com.br [capturado em 17mar. 2007].
MILLIKEN, William F.; Milliken, Douglas L.. Race Car Vehicle Dynamics. EUA. SAE
– Society of Automotive Engineers, 1995.
ONU. Declaração dos Direitos dos Deficientes. [on line], EUA, 09/12/1975
Disponível: http://portal.mec.gov.br/seesp/arquivos/pdf/dec_def.pdf [capturado em 20
fev. 2007].
ORTEGA, Marta. Deficientes Reclamam da Falta de Transporte. [on line], Brasil.
Disponível: http://celepar7cta.pr.gov.br/mppr/noticiamp.nsf [capturado em 29 fev.
2007].
93
PUCRS. Torno. [ on line], Brasil. Disponível: http://www.em.pucrs.br [capturado em
25 jun. 2007].
RIBAS, João B. Cintra. O Que São Pessoas Deficientes. 6. ed. Brasil : Editora
Brasiliense, 1994.
SHOEMARK, Pete. Manual de Motos. 6. ed. Portugal. Edições Cetop, 1992.
SOROCABA. Fresa. [on line], Brasil. Disponível: http://www.sorocaba.unesp.br
[capturado em 26 jun. 2007].
TILLEY, Alvin R. As Medidas do Homem e da Mulher. 1. ed. Brasil. Bookman,
2005.
TRICICLOS
PROMOBIKE.
[on
Produtos.
line],
Brasil.
Disponível:
http://www.promobike.com.br [capturado em 15 mar. 2007].
UNICAMP.
Molas
[on
Helicoidais.
line],
Brasil.
Disponível:
http://www.fem.unicamp.br [ capturado em 25 jun. 2007].
USP.
Inclusão
Social.
[on
line],
Brasil.
Disponível:
http://www.eesc.usp.br/bioeng/resumonoticia.php [capturado em 20 fev. 2007].
WIKIPEDIA.
Soldagem.
[on
line],
Brasil.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Soldagem [capturado em 25 jun. 2007].
Disponível:
94
ANEXOS
95
ANEXO 1 - ARTIGO DE CASSUÇA BENEVIDES PARA A BBC BRASIL
Apenas cinco dos 24 países das Américas garantem proteção e tratamento
adequados para deficientes e o Brasil é o primeiro do ranking, de acordo com um
relatório divulgado nesta terça-feira em Nova York. O relatório regional é parte de
esforço conjunto da Rede Internacional de Deficientes e do Centro de Reabilitação
Internacional e aponta o Brasil como campeão entre os países que garantem
proteção legal, educação e oportunidades de emprego, acessibilidade, saúde,
moradia e comunicação. Mas o documento aponta várias áreas em que a realidade
ainda está longe de corresponder ao que está no papel.
Os Estados Unidos ficaram em segundo porque o presidente George W.
Bush se opõe a um tratado global de direitos dos deficientes, argumentando que a
ação nacional é mais eficiente. O Canadá ficou em terceiro no ranking.
Legislação avançada - De acordo com o relatório, o Brasil tem uma
legislação modelo. A Constituição garante ajuda financeira, integração social e
assistência educacional, além de proibir discriminação no trabalho, estabelecer cotas
para deficientes no funcionalismo público e obrigar a criação de acesso facilitado
para prédios e transportes públicos. Mas na prática, os 24,5 milhões de brasileiros
com algum grau de limitação física ou mental ainda não conquistaram muitos dos
direitos garantidos por lei. Ainda de acordo com o relatório, apenas 20% das escolas
têm acesso para deficientes físicos que usam cadeiras de rodas. Também são
poucas as cidades que têm acesso para deficientes nos transportes públicos.
Marta Gil, coordenadora da Rede Saci, um projeto da Universidade de São
Paulo para ampliar a difusão de informações e estimular a inclusão social dos
deficientes, acredita que a liderança do Brasil apontada pelo relatório "reflete a
questão da intenção e das conquistas que o movimento teve nestes anos todos. Mas
nem sempre a realidade corresponde a tudo o que a nossa legislação prevê".
"Apesar da legislação ser bastante avançada, nem sempre ela é aplicada",
diz Gil.
Educação e Trabalho - Para ela, educação e trabalho são as prioridades
do movimento, no momento. "Sem acesso à educação, uma pessoa não pode se
considerar incluída em uma sociedade produtiva como a nossa".
96
De acordo com o relatório, o Brasil ainda tem muito a avançar na questão:
Entre a população economicamente ativa de 66,6 milhões calculada pelo Censo de
2002, 9 milhões são deficientes. Mas se entre os não deficientes quase 50% estão
empregadas, entre os deficientes a percentagem cai para 40%. Os deficientes
mentais são os que têm a menor taxa de emprego: 19.3%. E se 52% dos homens
deficientes estão empregados, apenas 27,3% das mulheres podem dizer o mesmo.
O número de pessoas com deficiências inclui, segundo o Censo, pessoas
com deficiências visuais, auditivas, motoras e mentais. "Aos poucos as empresas
vão se preparando para receber funcionários com deficiência", afirma Gil.
Existe uma reserva de mercado para deficientes, com cotas obrigatórias em
empresas com mais de 100 funcionários, "mas nem sempre a legislação é
cumprida", diz. As principais razões, afirma o relatório, são "falta de acesso a
transportes, baixos níveis de educação e treinamento e recusa dos empregadores
em garantir acomodações adaptadas às necessidades dos deficientes".
Os deficientes no Brasil também gozam de isenção de IPI e ICMS na
compra de automóveis, mas os beneficiados são uma elite com poder aquisitivo para
adquirir um carro. Gil diz que ainda há muito o que avançar na questão de rampas,
adaptação de calçadas, locais públicos e de ônibus. Faltam ainda livros em braile e
serviços para pessoas com deficiências auditivas.
97
ANEXO 2 - ARTIGO DE MARTA ORTEGA PARA A FOLHA DE LONDRINA
A dificuldade de locomoção sempre foi um agravante na vida dos deficientes
físicos, mas em Londrina o problema vem se tornando cada vez mais sério, de
acordo com a Associação de Defesa dos Direitos dos Deficientes Físicos, ligada à
Associação dos Deficientes Físicos de Londrina (Adefil). A falta de transporte
adaptado para atender principalmente cadeirantes é a principal reclamação.
Segundo Paulo Rogério Souza, um dos integrantes da Associação, a cidade
possui 20 ônibus adaptados com elevador e apenas quatro vans, que atendem os
1.200 deficientes físicos associados à Adefil. Só de cadeirantes Londrina tem 550
pessoas. ''350 deles deixam de ser atendidos, porque apenas 150 conseguem
acesso ao transporte'', afirma Souza. O motivo é que nem todas as linhas têm
ônibus adaptados e as vans não conseguem atender a demanda. Os deficientes
físicos reclamam também dos atrasos, principalmente das vans. ''Temos deficientes
que trabalham e acabam chegando atrasados no serviço ou perdendo consultas
médicas''. Em alguns casos, o atraso chega a ser de até quatro horas. ''Um dos
nossos associados está sendo avaliado para uma vaga de emprego. Tem que
chegar às 8 horas, mas a van só passa na casa dele às 8h30. Provavelmente ele
não vai conseguir o emprego''. Outra reclamação é que os ônibus não param fora
dos pontos, desrespeitando a Lei Municipal 7.53 de 11 de junho de 1997, que
permite o embarque e o desembarque de passageiros no transporte coletivo fora
dos pontos fixados pela Companhia Municipal de Trânsito e Urbanização (CMTU).
Há dois meses os deficientes físicos também perderam o direito de
transporte aos sábados, a partir das 14 horas e aos domingos, durante o dia todo.
''Eles pensam que os deficientes físicos não têm lazer, não vão a um shopping, a um
cinema?'', questiona Souza. Para o presidente da Adefil, Paulo Lima, uma das
sugestões para facilitar o livre acesso dos deficientes, é construir plataformas de
concreto nos próprios pontos, que dariam acesso ao transporte coletivo. ''Já fizemos
um projeto, é uma opção viável e que pode ter a parceria do comércio, com
patrocínio e propaganda nesses locais''. Cada rampa custaria cerca de R$ 500 de
acordo com avaliação da Adefil. ''Se 200 pontos na cidade tivessem essas
plataformas, resolveria boa parte do problema''.
98
ANEXO 3 - TRECHOS DA NORMA ABNT NBR 9050a
NOTA – Devido a esta norma ser extensa (45 páginas), somente os tópicos
principais referentes a mesma serão anexas a este trabalho.
1 Objetivo
1.1 Esta Norma fixa as condições exigíveis, bem como os padrões e as medidas que
visam propiciar às pessoas deficientes melhores e mais adequadas condições de
acesso aos edifícios de uso público e às vias públicas urbanas.
4.1.1.2 Portas
a) as portas devem ter um vão livre de 0,80 m no mínimo;
d) as molas ou mecanismos para portas devem ser regulados de modo a permitir a
sua completa abertura;
e) as portas devem ter condições de serem abertas com um único movimento e as
maçanetas das portas devem ser do tipo alavanca;
g) é recomendado que todas as portas tenham placas reforçadas na sua parte
inferior até uma altura de 0,40 m do piso ou sejam feitas de material resistente, para
suportarem as pancadas de bengalas, muletas, plataformas de pés de cadeira de
rodas ou de rodas dessas cadeiras.
4.2.7.1 Estacionamento em pólos de atração que possuam área própria para
estacionamento
As vagas especiais reservadas para o estacionamento de veículos de pessoas
portadoras de deficiência física motora, devem ser identificadas através do símbolo
internacional de acesso, pintado no solo e de sinalização vertical.
99
4.2.7.2 Reserva de vagas especiais para o estacionamento ao longo da via publica
A sinalização de regulamentação, a ser utilizada para reserva de vagas ou ainda
para o embarque e desembarque de deficientes, feita através de placa composta, ou
seja, sinais de regulamentação complementados por informação adicional.
Uso: Deve ser utilizada para reserva de vagas especiais para o estacionamento de
veículos de pessoas portadoras de deficiência física motora, ao longo da via, junto à
Entidades de Assistência ao Deficiente Físico, e a outros polos de atração de
viagens (imóveis), onde haja transito de deficientes.
5 Condições específicas
5.1 Dimensões e desempenho da cadeira de rodas
5.1.1 Limites dimensionais da cadeira de rodas pantográfica, de construção em
metal.
A - Comprimento: de 1,05 m a 1,20 m
B - Largura total quando aberta: de 0,65 m a 0,80 m
C - Altura do piso ao assento: de 0,49 m a 0,55 m
D - Altura do piso ao braço da cadeira: de 0,72 m a 0,78 m
E - Altura total: de 0,90 m a 1,05 m
F - Largura total quando fechada: de 0,29 m a 0,30 m
100
ANEXO 4 - TABELA DE TUBOS PADRÃO DIN 2440
FONTE: www.guiametalica.com.br
101
APÊNDICES
102
APÊNDICE 1 - ENTREVISTA COM OS MEMBROS DA ADFP
O Sr. Carlos sofreu lesão medular e utiliza cadeira de rodas há 19 anos,
possui automóvel adaptado, mas utiliza transporte público devido ao alto custo do
combustível. Ele relatou que certa vez teve que descer dois pontos depois da sua
parada normal devido ao fato de que o ônibus estava lotado e não tinha como
descer. Disse ainda que o espaço demarcado para deficientes normalmente é
ocupado pelas demais pessoas.
O Sr. Ivanilson sofreu lesão medular e utiliza cadeiras de rodas há 17 anos e
utiliza ônibus para viajar pelo país em competições de tênis de mesa. Ele diz já ter
sofrido o mesmo problema de ter que descer em outro ponto, mas o motivo foi que a
porta em que ele estava deu saída para a posição em que fica instalada a catraca na
estação tubo. Disse também que certa vez um colega precisou do auxílio do
motorista e este disse que estava ali somente para dirigir, ignorando o problema.
O Sr. Eli sofreu lesão medular há 12 anos, trabalha pela parte da manhã em
um banco e à tarde na ADFP, sendo que se utiliza de transporte público para ir e vir
das suas atividades diárias. Ele conta que muitas vezes prefere utilizar um táxi a ter
que enfrentar os transtornos dos ônibus. Conta ainda que um colega leva mais de
quatro horas para ir da sua residência situada em Campo Largo até a ADFP em
Curitiba, deixando muitas vezes de comparecer devido ao cansaço.
O Sr. Rafael sofreu lesão medular quando ainda era criança e também
compete no tênis de mesa. Ele reclama da dificuldade de percorrer grandes
distâncias utilizando cadeiras de rodas devido ao cansaço físico gerado por subidas
e obstáculos encontrados pelo caminho.
103
APÊNDICE 2 - DIAGRAMA ELÉTRICO
FONTE: O AUTOR
FONTE: O AUTOR
APÊNDICE 3 - TABELA DE FMEA
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13