Eduardo.A.F.GONÇALVES¹; Guilherme.H DUARTE; Thiago .S TRANCHE

Retroescavadeira Pneumática Acionada por Controle Remoto

PMMI – Projeto Multifuncional de Maquinas Industriais

Poços de Caldas - MG

2014

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INDICE

1 – RESUMO PAG. 3

2 – INTRODUÇAO PAG. 4

3 – MATERIAIS E METODOS PAG. 5

3.1 – MONTAGEM MECANICA PAG.5 - 9

3.2 – MONTAGENS ELETROELETRONICA PAG. 9 - 14

4 – RESULTADOS E DISCUSSOES PAG. 15

5 – CONCLUSAO PAG. 16

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1 - RESUMO

O desenvolvimento do projeto tem como objetivo a solução de variadas situações com apenas um equipamento, por isso o nome dado ao equipamento foi PMMI (Projeto multifuncional de maquinas industriais), ou seja , com a mesma base substituindo apenas as ferramentas auxiliares (pás, ganchos, acionadores, sensores, etc) é possível desenvolver diversos equipamentos sem modificações drásticas.

Nesse projeto em especial, foi fabricada a base do protótipo multifuncional, a principal função do projeto atual é utilizar-se de uma retroescavadeira sem que ofereça risco ao operador da maquina.

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2 - INTRODUÇAO

Atualmente em áreas de construção e até mesmo em áreas de mineração são utilizados grandes maquinas em solos perigosos de modo que o operador fica exposto a um risco altamente perigoso. Um dos maiores riscos para os mineradores que trabalham no subsolo é quando a terra acima deles entra nas minas. Isso normalmente não envolve material no nível atual do solo, mas sim escombros localizados em algum lugar entre a superfície da terra e no local de trabalho dos mineradores. Os perigos associados ao deslizamento de terra causam uma estimativa de 50% de todas as mortes na mineração. Ao escavar uma mina pela primeira vez, os trabalhadores costumam criar grandes pilares de carvão em um esforço para ajudar a apoiar a rocha ao redor deles. O deslize de terra ocorre muitas vezes quando esses pilares sofrem grande colapso. Tendo em vista este problema surgiu a ideia do projeto de automação de um retroescavadeira de modo que a função da mesma fosse que o operador não trabalhasse no subsolo e sim na superfície sendo que a maquina seria totalmente controlada através de um controle remoto sem causar risco de vida ao operador.

3 -MATERIAIS E METODOS

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3.1 – Montagem mecânica.

O protótipo foi projetado de modo com que fosse possível utilizar-se de pistões pneumáticos (Belton), utilizando como alimentação duas baterias de 12v 45A/hr e também um compressor. Tendo em vista os equipamentos a serem utilizados foi construída uma carcaça nas dimensões necessárias, utilizando como material base tubos de PVC 25 mm. (Figura 1.1)

(Figura 1.1) – Estrutura base para Retroescavadeira Pneumática.

A base da estrutura foi feita a partir de uma placa de alumínio e presa por abraçadeiras também de alumínio de modo que pudesse suportar o peso de todos os equipamentos a serem utilizados. (Figura 1.2)

(Figura 1.2) – Estrutura com base de alumínio acoplada.

Após a fixação foram montados os braços também de PVC porem com um reforço interno de alumínio devido ao peso estimado dos materiais que seria carregado mais o peso dos pistões, na parte traseira do braço foi colocado um contrapeso de aço com um peso de 2kg para diminuir o peso sobre o primeiro pistão, sendo assim fazendo com que o pistão principal de elevação do braço pudesse trabalhar com menos peso possível. Para que fosse feito o posicionamento dos pistões nos braços foram utilizados conexões T de PVC (Figura1.3)

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(Figura 1.3) – Fixação dos dois primeiros pistões pneumáticos (Belton).

Para que o braço pudesse ter uma movimentação livre, foram utilizadas chapas de aço parafusadas nos canos de PVC.

Seria necessário que o braço tivesse uma rotação em torno da base, foi então utilizada uma cremalheira e um pinhão sendo que a cremalheira seria movimentada através de um pistão pneumático. Foi desenvolvida uma guia metálica para a cremalheira fixada na estrutura do protótipo. (Figura 1.4, 1.5, 1.6, 1.7).

(Figura 1.4) – Pinhão para rotação do braço. (Figura 1.5) – Guia metálica.

(Figura 1.6)–Fixação do conjunto de rotação. (Figura 1.7) – Cremalheira e pinhão.

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Após a rotação ser instalada na estrutura do protótipo, foi desenhada e cortada a pá (Figura 1.8 , 1.9, 1.10).

Como todo o controle do equipamento seria pneumático teríamos de ter um recipiente para armazenar o ar comprimido, a ideia inicial seria utilizar-se da própria estrutura de PVC como recipiente porem após algumas pesquisas, vimos que seria melhor o uso de um recipiente específico, (Figura 2.0), teve de ser feito também um suporte de alumínio na parte traseira do protótipo para que pudesse ser acoplado o cilindro (Figura 2.1, 2.2).

(Figura 1.8)–Desenho da angulação da pá. (Figura 1.9)–Corte das chapas para a pá.

(Figura 1.10)–Montagem da pá. (Figura 1.11)–Fixação da pá no braço.

(Figura 2.0)–Cilindro de ar. (Figura 2.1)–Fabricação do suporte para . cilindro.

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(Figura 2.2)–Suporte para o cilindro de ar.

Para finalizar foi necessária a adaptação de um suporte para que pudéssemos instalar as rodas no protótipo a mesma foi fixada na base de alumino (Figura 2.3, 2.4), para a fixação da roda no motor, que no caso foram utilizados dois motores de vidro de carro, teve de ser usinada uma peça especial (Figura 2.5) que se encaixa internamente no motor (Figura 2.6) e no centro da roda (Figura 2.7), foi feito também um suporte para o eixo dianteiro do protótipo, que seria o eixo guia (Figura 2.8)

(Figura 2.3)–Adaptação do suporte das rodas. (Figura 2.4)-Motor acoplado no suporte.

(Figura 2.5)-Peça usinada para união do (Figura 2.6)-Encaixe interno do motor motor com a roda.

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(Figura 2.7)-Encaixe da roda na peça usinada. (Figura 2.8)-Eixo dianteiro (guia)

2.2 – Montagem Eletroeletrônica.

Descritivo do funcionamento dos circuitos eletrônicos:

Introdução: Toda a lógica eletrônica da escavadeira foi projetada sem o uso de microcontroladores, foi feita totalmente analógica a fim de desenvolver conhecimentos novos em eletrônica, e visando também futuras atualizações do projeto.

Nesta primeira versão do projeto, optamos por fazer um controle remoto diferenciado, onde utilizamos duas luvas para controle da máquina, onde a partir dos movimentos dos dedos são efetuadas as funções do projeto.

Onde todos os circuitos projetados tem a função de controlar as eletrovalvulas disponibilizadas pela Belton Pneumática e também um circuito de controle dos motores de movimentação, denominado ponte H.

Circuito eletrônico do projeto:

Todos os circuitos eletrônicos foram baseados em um par de CI’s chamados HT12E e HT12D, que nada mais são um par de encoder e decoder que funcionam apartir de endereçamentos dos mesmos, a comunicação dos controles remotos é feita apartir de modulos transmissores de rádio frequência 433Mhz, onde a função dos circuitos de controle remoto é controlar uma placa de relés que simultaneamente controla as eletrovalvulas, e a ponte H que controla os motores responsáveis pela movimentação da máquina.

Analisamos o projeto e vimos a necessidade da utilização de dois controles remotos, pois nesta versão Alpha do mesmo utilizamos luvas como método de controle, e vimos que a escavadeira teria 8 funções do braço mais 4 funções de controle de rotação, totalizando 12 funções onde seria difícil uma única pessoa controlar utilizando movimento dos dedos, então elaboramos 2 controles remotos.

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Controle Remoto para 8 funções:

As ci’s utilizadas funcionam por endereçamento dos pinos A0 até A7 (Figura 3.0), para o encoder comunicar com o decoder os pinos conectados com o GND no HT12E tem que ser os mesmos conectados no HT12D, por exemplo, se no encoder os pinos A1,A2,A3 e A7 estiverem em comum com o ground os mesmos pinos no decoder terão de estar jumpeados no decoder, se não não haverá comunicação entre os dois.

(Figura 3.0) - HT12E codificador de sinais

No caso do controle remoto que movimenta o braço da escavadeira encontramos um problema, pois os ci’s utilizados só disponibilizam 4 entradas e saídas analógicas e precisaríamos de 8, então depois de analisar o datasheet do mesmo, analisamos que trocando o endereçamento do encoder seria possível o mesmo se comunicar com 2 decoder’s, então montamos um circuito com um push botom entre os endereçamentos, proporcionando assim uma troca de endereçamento simultânea e assim havendo comunicação com dois decoder’s, mas mais um problema surgiu quando o circuito foi montado na protoboard, onde o chaveamento de endereços funcionava, mas quando se trocava de endereçamento do encoder, não havia um intertravamento entre os decoder’s, então analisando novamente o datasheet vimos que os decoder’s tinham uma saida chamada VT referente ao pino 17(Figura 3.1) que só era nível lógico alto quando havia comunicação entre o encoder e ele, então fizemos um driver utilizando as portas lógicas NOT e OU que saturava as saídas do decoder quando havia comunicação, (Figura 3.2), sendo o mesmo feito sabendo que a saida do decoder é sempre 1 e quando há comunicação é feita a mudança para 0, por este motivo utilizamos a porta NOT ligada em uma das entradas da porta OU.

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(Figura 3.1) - HT12D (Figura 3.2) - Circuito do decoder de 8 saídas com . driver de saturação

Feito a lógica do circuito o mesmo foi montado e testado na protoboard e foi verificado o funcionamento como mostrado na (Figura 3.3)

(Figura 3.3) - Circuito do decoder montado na protoboard

Logo depois foi desenhado o layout do circuito (Figura 3.4)

(Figura 3.4) – Layout do Circuito

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E fizemos também a placa de relés nos quais controlam as eletro válvulas em outro circuito que é conectada a esta placa de controle, na qual também foi desenhada um layout (Figura 3.5).

(Figura 3.5) – Layout das placas de reles.

Depois disto foi feito o layout da parte do encoder com o push bottom para mudar o endereçamento dos pinos (Figura 3.7) e (Figura 3.8).

(Figura 3.7) – Layout controle remoto de acionamento dos pistões.

(Figura 3.8) – Layout controle remoto de acionamento dos motores

Controle Remoto para 4 funções:

Este circuito foi mais simples de se fazer pois não havia nenhum imprevisto, então seguimos a logica da (Figura 3.9) e desenhamos o layout (Figura 4.0), onde o circuito controlava uma ponte H como na (Figura 4.1);

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(Figura 3.9) – Lógica de ligação do circuito transmissor e receptor,

(Figura 4.0) – Layout para o controle (Figura 4.1) – Circuito da ponte H.

Só que no lugar dos interruptores mostrados no esquemático da (Figura 4.1) é ligada a saída do decoder, já que usamos 2 motores o circuito controla uma ponte H para cada motor, quando a ponte H é alimentada de um lado a corrente flui para uma direção e quando alimentada de outro ela flui opostamente, assim conseguindo mudar a rotação dos motores, e quando é alimentada ao mesmo tempo o motor freia.

Usando a ponte H fizemos uma lógica que para a máquina ir para frente, os dois motores são acionados na mesma direção e para virar, cada motor vira para um lado, assim conseguimos fazer um esquema de esteira para rotacionar a escavadeira.

Desenhamos uma layout para as duas pontes H (Figura 4.2)

(Figura 4.2) - layout para as duas pontes H.

E também foi feito o circuito do encoder utilizando a mesma lógica do de 8 saídas só que sem o push bottom e com endereçamento diferente, (Figura 4.3)

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(Figura 4.3) – Layout circuito de encoder sem o push bottom.

Lista de materiais elétricos:

2 Pares de Transmissores e receptores de rádio frequência 433Mhz

3 Ht’s 12D Decoder

2 Ht’s 12E Encoder

3 Portas Lógicas NOT 74ls04

2 Portas Lógicas OU 74ls08

4 Reguladores de tensão 7805 5v

8 Transistores BC548

4 Transistores TIP127

4 Trasnsitores TIP122

8 Diodos 1N5408

8 Diodos 1N4007

9 Resistores de 15k

20 Resistores de 10k

5 Resistores de 330Ω

8 Relé’s de 12/24v 15ª

2 Fenolites 10x10cm

3 Fenolites de 10x5cm

1 Fenolite de 15x10cm

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4 – RESULTADOS E DISCUSSOES

Primeiramente foram feitos pesquisas sobre como seria o funcionamento do circuito eletrônico e quais os melhores métodos para a corrosão das placas, tendo em vista que utilizaríamos o software EAGLE para que pudéssemos montar o layout das mesmas.

Após algumas reuniões com o grupo foi decidido o destino do equipamento assim podendo começar o projeto eletrônico e mecânico. Os dois projetos foram executados em paralelo, para que pudéssemos terminar no prazo determinado.

A maior parte dos matérias mecânicos foi disponibilizado pela Plenus Manutenção Industrial e Comercio, empresa situada em Poços de Caldas, os equipamentos Pneumáticos foram disponibilizados pela empresa Belton Pneumática, e as baterias pela Moura Baterias, os demais gastos foram arcados pelos próprios integrantes do grupo.

O projeto eletrônico foi feito de forma que pudéssemos ter 12 comandos, através de algumas pesquisas vimos o melhor método para que isso pudesse ser feito.

Após o circuito pronto e já instalado no equipamento foram feitos os testes finais, o controle remoto obteve um alcance de pouco mais que 100 Mts, já satisfazendo o desejado ao inicio do projeto, o controle das eletrovalvulas foi totalmente satisfatório, foi identificado apenas um problema no controle do motor onde ele trabalhava com apenas 50% do seu potencial e devido ao peso do equipamento não foi o suficiente para que a maquina obtivesse o movimento.

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5 – Conclusão

Os objetivos visados ao inicio do projeto foram cumpridos, tanto na parte mecânica quanto na eletrônica, apesar de algumas dificuldades no controle do motor, o projeto ainda receberá algumas melhorias de forma a se tornar mais independente e com outras funcionalidades. O aprendizado adquirido através de pesquisas para o termino do projeto serão de grande utilidade em projetos futuros.

Com o termino desse projeto visamos de agora em diante estudar mais situações em que sejam necessárias soluções ainda não estudas, e de forma que possamos adaptar no projeto PMMI(Projeto Multifuncional de Maquinas Industriais).

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