PT2248755E

PT2248755E - Braço feito em material compósito e respectivo processo de fabrico

Info

Publication number: PT2248755E
Application number: PT10157093T
Authority: PT
Inventors: Mauro Marco Cortellini; Paolo Dario Maini; Andrea Bernasconi; Stefano Beretta
Original assignee: Cifa Spa
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2012-08-14
Also published as: US20100282701A1; US8887763B2; PL2248755T3; CN101879753A; ITUD20090090A1; IT1394350B1; EP2248755B1; DK2248755T3; CN101879753B; ES2388053T3; EP2248755A1

Description

DESCRIÇÃO

Braço feito em material compósito e respectivo processo de fabrico

CAMPO DO INVENTO 0 presente invento refere-se a um braço feito em material compósito e ao respectivo processo de fabrico.

Em particular, o presente invento é aplicado, com vantagem, particularmente em betoneiras ou semelhante, e ainda mais particularmente em todos os casos nos quais se exige que os braços destes veículos atinjam alturas e comprimentos totais grandes, e suportem pesos consideráveis. Com vantagem, é aplicado, de preferência, ao sector da construção, para a distribuição de betão ou outro material semelhante, e é de preferência do tipo que compreende uma pluralidade de segmentos articulados entre si nas extremidades.

ENQUADRAMENTO DO INVENTO São conhecidos os veículos pesado usados no sector da construção, consistindo normalmente num camião no qual é montado um braço que tem uma pluralidade de segmentos articulados entre si nas extremidades. 0 braço pode ser orientado, estendido e/ou telescopicamente aberto para a distribuição de betão ou material semelhante. 0 braço consegue atingir distâncias consideráveis do camião para garantir máxima flexibilidade de utilização do veículo pesado. 0 peso total do braço aumenta com o aumento da distância que pode atingir, e isto depende do número e comprimento de segmentos articulados 1 de que é composto. A necessidade de flexibilidade entra por isso em conflito com os limites de volume e peso do próprio braço. É conhecido um braço extensivel a partir da patente EP 2039498A para a distribuição de betão, feito pelo menos parcialmente num material compósito para reduzir o peso do braço, dada a mesma extensão atingida, em relação a um braço tradicional feito em metal. 0 material compósito tem boas características de resistência e rigidez, mas também maior leveza. Um braço de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 é conhecido a partir da patente EP 2039498A.

Com base na ideia de utilizar um material compósito para a construção do braço articulado, a patente EP 1970344A revela uma possível técnica de construção para o braço, que pretende reduzir custos de produção, garantindo máxima flexibilidade e versatilidade de produção. De acordo com esta técnica, cada estrutura do tipo caixa dos segmentos do braço é formada através da deposição de uma pluralidade pré-definida de camadas de material compósito impregnado num molde de formação. Então, esta estrutura do tipo caixa feita num material compósito é sujeita a polimerização e, uma vez removidos do molde, os elementos de junta terminal são fixos a esta para lhe fixar outros segmentos adjacentes de modo a formar, logo que a montagem esteja completa, um braço com segmentos articulados. Simultaneamente com a concepção dos braços, foi feita uma experiência com uma técnica de colagem para colar a estrutura do tipo caixa a um elemento de junta para formar um segmento completo. Mais especificamente, a figura 4 ilustra uma área de colagem 122 entre extremidades 123a e 124a, pertencendo respectivamente a uma estrutura do tipo caixa 123 e a um elemento de ligação de junta 124 de um segmento articulado 2 genérico 112 - 116. As extremidades 124a do elemento 124 são acopladas paralelamente e coladas no exterior às extremidades respectivas 123a da estrutura 123 por meio de uma camada de cola, ou outro material adesivo 25 interposto. 0 ângulo formado entre o eixo longitudinal da estrutura do tipo caixa 123 e o perfil da extremidade 123a da estrutura do tipo caixa 123 é zero. Testes experimentais mostrara que, durante a acção do braço, na camada de cola 25 é exercida um cisalhamento coincidente com a força axial gerada por um momento de flexão aplicado. A força axial é paralela ao eixo longitudinal do segmento articulado 112 - 1226 considerado. Ficou provado experimentalmente que o estado de tensão, e desta forma o critério de resistência para a camada de cola 25, é dominado, na maior parte, pela acção do cisalhamento, definido como a força que tende a fazer com que as extremidades sobrepostas 123a e 124a deslizem uma em cima da outra.

Uma desvantagem deste processo de colagem é o facto da camada de cola 25 estar num elevado estado de tensão quando o segmento articulado 112 - 116 está em utilização. De facto, a força de cisalhamento é elevada, coincidindo com a força axial aplicada. Consequentemente, as tensões que afectam a camada de cola interposta entre as vigas em forma de caixa e a junta terminal são elevadas, e os danos derivados da fadiga são significativos, resultando numa vida útil limitada do segmento articulado e, desta forma, do braço que constitui. 0 objectivo do invento consiste em fabricar um elemento, ou segmento, de um braço articulado no qual a técnica de ligação da viga em forma de caixa e da junta terminal permite aumentar a vida útil do braço. 3 0 requerente imaginou, testou e materializou o presente invento para ultrapassar as desvantagens do estado da arte e para obter estes e outros objectivos e vantagens do invento.

RESUMO DO INVENTO 0 presente invento está definido e caracterizado nas reivindicações independentes, enquanto que as reivindicações dependentes descrevem outras caracteristicas do invento ou variantes à ideia inventiva inicial.

De acordo com o objectivo acima, um braço feito num material compósito de acordo com o presente invento compreende uma pluralidade de segmentos articulados, com um eixo longitudinal principal, articulados entre si nas extremidades. 0 braço, na posição de transporte, tem os seus segmentos constituintes dobrados para trás uns nos outros para ocupar tão pouco volume quanto possivel, enquanto que na posição de trabalho, os segmentos estão todos ou parcialmente estendidos ou desdobrados para atingir a distância pretendida. Cada segmento articulado de acordo com o invento compreende uma estrutura do tipo caixa feita num material compósito e pelo menos um elemento de junta, fixo por meio de colagem à estrutura do tipico caixa, para permitir a ligação a outro segmento adjacente do braço articulado. A estrutura do tipo caixa tem uma extremidade cooperando com uma extremidade do elemento de junta no interior da superfície do elemento de junta, definindo uma área de sobreposição.

De acordo com uma caracteristica do presente invento, a área de sobreposição entre a extremidade da estrutura do tipo caixa e a extremidade correspondente do elemento de junta define um acoplamento substancialmente cónico. Um acoplamento 4 substancialmente cónico significa, aqui e de seguida, uma área de acoplamento pertencente a uma superfície, cónica ou tronco-cónica, na qual as extremidades da estrutura do tipo caixa e o elemento de junta a ser colado reciprocamente têm perfis que estão inclinados de forma concordante no mesmo ângulo em relação ao eixo principal do segmento articulado. Este tipo de acoplamento permite aumentar a área de sobreposição em relação ao acoplamento sem inclinação, reduzindo as tensões tangenciais que afectam a camada de cola colocada entre as duas extremidades a serem ligadas, dada a mesma carga aplicada.

De acordo com uma variante do presente invento, o ângulo de inclinação dos perfis da extremidade da estrutura do tipo caixa e do elemento de junta está compreendido entre 1 e 5 graus, inclusive. A escolha deste intervalo consiste no facto de um valor de inclinação inferior a 1 grau ser insuficiente para determinar um aumento apreciável na área da colagem em relação à situação na qual esta inclinação era zero. Por outro lado, um valor superior a 5 graus implicaria um aumento considerável na área de sobreposição, mas teria a desvantagem de gerar uma força normalmente ao eixo longitudinal principal, não desprezável em módulo, tendendo a separar as partes feitas em material compósito.

De acordo com outra variante do presente invento, o ângulo de inclinação está compreendido entre 2,5 e 3,5 graus. Este intervalo é principalmente vantajoso por determinar um compromisso óptimo entre a área de sobreposição gerada, que deveria ser tão grande quanto possível, e o módulo da força normal actuando na camada de cola, que deveria ser tão baixo quanto possível.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS 5

Estas e outras características do presente invento serão tornadas evidentes a partir da descrição seguinte de uma forma preferencial de realização, dada como um exemplo não restritivo com referência aos desenhos anexos, nos quais: a figura 1 é uma vista lateral de um veiculo pesado no qual está instalado um braço em material compósito feito de acordo com o presente invento, numa condição dobrada para transporte; a figura 2 é uma vista detalhada de uma parte de segmento articulado que está compreendido num braço extensível de acordo com o invento; a figura 3 é um corte ao longo das linhas III a III de uma parte do segmento articulado que está incluido num braço extensível de acordo com o invento; a figura 4 é uma representação esquemática de um detalhe de um segmento articulado de um braço; a figura 5 é uma representação esquemática de um detalhe de um segmento articulado de um braço.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERENCIAL

Com referência à figura 1, um braço feito num material compósito 10 de acordo com o presente invento, que pode distribuir betão ou material semelhante para o negócio da construção, está ilustrado numa posição montada num veiculo pesado 11, numa posição dobrada para transporte. O veiculo pesado 11 compreende uma cabine de condutor 20 e uma estrutura de suporte 21 na qual o braço feito num material compósito 10 é montado. O braço 10 de acordo com o presente invento compreende 6 uma pluralidade de segmentos articulados, neste caso cinco, respectivamente um primeiro 12, um segundo 13, um terceiro 14, um quarto 15 e um quinto 16, articulados uns em relação aos outros nas suas extremidades respectivas. Existe também um tubo 17, para alimentar e descarregar o cimento. Com referência à figura 1, o primeiro segmento 12 está articulado, de uma forma conhecida, a uma torre 18, e pode rodar em relação ao ela. Os outros segmentos 13 - 16 estão articulados em sequência uns em relação uns aos outros nas extremidades respectivas, e podem ser accionados individualmente, por meio de actuadores, de acordo com necessidades especificas. Cada segmento 12 - 16 é usado para transportar um tubo dentro do qual corre o betão, enviado por uma bomba de alimentação (não ilustrada). Um segmento de tubo flexivel (não ilustrado), de onde o betão é alimentado para o local de aplicação, está normalmente ligado ao último segmento. Deve entender-se que a ilustração da figura 1 é apenas um exemplo, e não deve de forma alguma ser considerada com restringindo o campo de protecção ao qual o presente invento se refere. A figura 2 mostra uma parte de segmento articulado 12-16 compreendendo uma parte de uma estrutura do tipo caixa 23a e um elemento de junta 24. Tal como está ilustrado na figura 3 no desenho esquemático na figura 5, a estrutura do tipo caixa 23 tem uma extremidade 23a com um perfil inclinado num ângulo α em relação ao eixo longitudinal x da estrutura do tipo caixa 23. A mesma inclinação é feita numa extremidade 24a do elemento de junta 24. 0 elemento 24, na extremidade oposta, tem um terminal de ligação 24b para articulação a outro segmento articulado 12 - 16 do braço 10. As extremidades 24a do elemento de junta 24 cooperando com as extremidades respectivas 23a da estrutura do tipo caixa 23 são coladas no exterior da superfície da 7 estrutura do tipo caixa 23, definindo uma área de sobreposição, ou área de acoplamento cónico 22, onde está intercalada uma camada de cola 25. A força axial, o efeito de um momento de flexão aplicado ao braço 10 em movimento, está dividida localmente em dois componentes, uma força de cisalhamento e uma força normal. O módulo da força de cisalhamento, responsável pelo deslizamento das superfícies de contacto 23a e 24a uma em cima da outra é inferior ao módulo da força de cisalhamento aplicada entre duas extremidades 123a e 124a com um perfil tendo uma inclinação zero (figura 4), todos os outros componentes sendo os mesmos. O componente normal da força axial é responsável pela separação das extremidades coladas 23a e 24a mas, no caso de perfis inclinados colados em conjunto, o seu módulo é desprezável porque o ângulo α é suficientemente pequeno. 0 componente normal é zero no caso de extremidades 123a e 124a terem perfis com um ângulo de inclinação zero em relação ao eixo longitudinal "x" (figura 4). Neste último caso, a força axial coincide com a força de cisalhamento. É claro que podem ser feitas modificações e/ou acrescentos ao braço feito em material compósito e ao seu processo de produção tal como está aqui descrito, sem que se afastem do campo e âmbito do presente invento. É também claro que, embora o presente invento tenha sido descrito com referência a alguns exemplos específicos, quem tem competência na técnica poderá certamente chegar a muitas outras formas equivalentes de braço feitos em material compósito e ao seu processo de fabrico, tendo as caracteristicas definidas nas reivindicações e, assim, estando todas dentro do campo de protecção por elas definidas.

Lisboa, 8 de Agosto de 2012. 8

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Braço feito em material compósito compreendendo uma pluralidade de segmentos articulados (12 a 16) com um eixo principal longitudinal (x), articulados uns em relação aos outros, cada um dos ditos segmentos articulados (12 a 16) compreendendo uma estrutura do tipo caixa (23) e pelo menos um elemento de junta (24) fixo nesta por meio de colagem, a dita estrutura de tipo caixa (23) tendo uma extremidade (23a) cooperando com uma extremidade (24a) do elemento de junta (24) no interior da superfície do elemento de junta (24), caracterizado por as ditas extremidades (23a, 24a) definirem uma zona de sobreposição recíproca substancialmente cónica (22) e terem perfis inclinados de forma concordante num ângulo (a) em relação ao eixo longitudinal (x).
2. Braço feito em material compósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito ângulo (a) de inclinação estar compreendido entre 1 e 5 graus.
3. Braço feito em material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o dito ângulo (a) de inclinação estar compreendido entre 2,5 e 3,5 graus.
4. Processo de fabrico de um braço feito em material compósito compreendendo uma pluralidade de segmentos articulados (12 a 16) com um eixo principal longitudinal (x) , articulados uns em relação aos outros, cada um dos ditos segmentos articulados (12 a 16) compreendendo uma 1 estrutura do tipo caixa (23) e pelo menos um elemento de junta (24) fixo a esta por meio de colagem, a dita estrutura do tipo caixa (23) tendo uma extremidade (23a) cooperando com uma extremidade (24a) do elemento de junta (24) no interior da superfície do elemento de junta (24), caracterizado por compreender uma etapa na qual a dita estrutura do tipo caixa (23) e o dito elemento de junta (24) são fabricados separadamente e de tal forma que pelo menos uma extremidade (23a e 24a) de cada uma das duas extremidades tem um perfil inclinado num ângulo (a) em relação ao eixo longitudinal (x) e uma etapa na qual as ditas extremidades (23a e 24a) são coladas de forma concordante, formando uma junta substancialmente cónica.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito ângulo (a) de inclinação estar compreendido entre 1 e 5 graus.
6. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito ângulo (a) de inclinação estar compreendido entre 2,5 e 3,5 graus. Lisboa, 8 de Agosto de 2012. 2