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Relatório do projeto de uma mesa coordenada que se movimenta em três eixos, controlada pelo microcontrolador PIC, em linguagem "C" e Basic.
Tipologia: Provas
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Mesa Coordenada Aplicada ao Processo de Ponte Rolante Controlada por Microcontrolador
Alan Cavalcante Maciel RA 973709
Bruno Pereira Costa RA 839909
Carlos Henrique Souza RA 862409
Diego da Silva Sampaio RA 974009
Projeto Integrador do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial,
Módulo Processos Industriais ,
5 ˚ Semestre
Profº José Antônio Dias Carvalho
Guarulhos
2011
Evolução II
Álan Cavalcante Maciel
Bruno Pereira Costa
Carlos Henrique Souza
Diego da Silva Sampaio
Profº José Antônio Dias Carvalho Guarulhos 2011
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.2-Custos.......................................................................................................................
2.1-Motor de Passo
O motor de passo é um dispositivo eletromecânico possui pólos magnéticos compostos por enrolamentos, os quais são diretamente relacionados ao número de passo que o motor é capaz de dar. Portanto é possível dizer que o motor de passo é um transdutor que converte pulsos elétricos em movimento de rotação.
A seqüência de pulsos elétricos aplicados em seus pólos é diretamente relacionada à direção de rotação do rotor/eixo. O controle desses pulsos é feito por meio de dispositivos eletrônicos denominados de controlador e drive. Esses são responsáveis por adequar os pulsos de acordo com a necessidade, ou seja, são circuitos que possuem suas saídas ligadas aos pólos do motor de passo, os quais quando excitados fazem o motor girar.
Os Motores de passo apresentam vantagens e desvantagens.. Uma das vantagens a ser destacada é a operação em sistema de malha aberta, que significa que não é necessário que o sistema seja realimentado com informações referentes ao motor de passo, como posição ou velocidade. Evitando o emprego de dispositivos dedicados a fornecer essas informações, como o tacômetro e o encoder. Bastando apenas ser feito um controle a partir da saída do trem de pulsos que alimentam o motor. Devido a vantagens como essas, o motor de passo é amplamente empregado nos setores da informática e indústria em geral. E as desvantagens são: Ocorrência de ressonâncias caso não tenha um controle adequado e não é fácil de operar quando em altas velocidades.
2.1.1-Tipos e Funcionamento
O funcionamento dos motores de passo, depende principalmente da topologia empregada. Os principais tipos de motores de passo são os de Relutância Variável, Imã Permanente e Híbrido.
O Motor de passo de Relutância Variável, não possui um imã permanente como na maioria dos casos, este tipo em particular tem seu rotor totalmente solto
quando desenergizado, sem torque residual. Possuem um rotor e um estator compostos de silício, de uma forma que os campos magnéticos internos do rotor possam comutar rapidamente sem perdas da corrente de enrolamento. Geralmente opera com ângulos de passo de 5 a 15 graus. Por exemplo, na figura 2.1, quando a fase A é submetida a uma corrente, quatro dentes do motor se alinham com os 4 enrolamentos referentes a A, por meio da atração magnética. O próximo passo é feito quando A é desenergizada e a fase B é energizada, deslocando o motor em 15 graus e o mesmo procedimento para a fase C.
Figura 2.1 – Motor de Passo de Relutância Variável
Por não possuírem imã permanente, é necessária a utilização de um arranjo de drives diferentes dos outros motores, pois eles não são sensíveis à polaridade da corrente
O Motor de passo de Imã Permanente é o mais utilizado em sistemas de pequeno e médio porte, como informática, por serem dispositivos de baixo custo, baixa velocidade e torque.
Possui rotor composto por material alnico ou ferrite, sem dentes, magnetizado radialmente, proporcionando um torque estático não nulo.
Na figura 2.2 é possível verificar o esquema de enrolamentos e o rotor de um motor de Imã permanente, os quais são os responsáveis pelos passos. O motor da figura pode dar passos de 45 e 90 graus e quando as bobinas A, B, C, D e A novamente forem alimentadas seqüencialmente será feito o giro completo do eixo
Quando não houver corrente fluindo em nenhuma bobina do motor, por exemplo, o rotor tende a assumir uma posição alinhada ao pólo oposto do estator, no caso da figura 2.3, 12 possíveis posições de torque residual. Porém quando a corrente atravessar um par de bobinas do estator, figura 2.3(b), formará três posições estáveis no estator, o mesmo número de dentes do rotor, posições que de acordo com o sentido da corrente originará o primeiro passo, no caso de 30º. Para seguir a revolução, é necessária a desernegização do primeiro conjunto de pólo e energização de um conjunto seguinte. A possibilidade de meio passo é dada através da energização simultânea de dois pólos, procedimento adotado para redução do “overshoot” e oscilação no final de cada passo.
2.2-Ponte Rolante
Pontes rolante para elevação e transportes de cargas, para grande tonelagens e de emprego nos mais existente processos industriais, onde se requer movimentação de carga com precisão e segurança em ambientes internos e externos. As pontes rolante são reconhecidas como excepcionais pelo projeto simples e atualizado de sua estrutura e pela alta performace de seus componentes mecânicos e elétricos.
Figura 2.4 - Ponte Rolante
2.2.1 – Rodas da Ponte e do Carro
De aço forjado, do tipo duplo flange, suportadas por dois mancais de rolamento auto-compensadores de rolos. Os eixos das rodas são de aço de alta resistência. As rodas motores são prensadas e chavetadas aos eixos
2.2.2- Vigas da Ponte
Tipo encaixa fechadas (Box girders), soldas automaticamente, fabricadas com nervuras internas apropriadas. Passadiço de manutenção em chapa xadrez com corrimão em toda extensão montado nas laterais da ponte. Os painéis de controle são montados sobre este passadiço.
2.2.3- Cabeceiras
Construidas em chapas e perfilhados de aço estrutural soldado, montadas rigidamente para assegurar um rodar livre da ponte com mínimo de deflexão e vibração
2.2.4- Acionamento da Ponte
Consiste de motor e regulador localizado no centro do vão da ponte ou junto as duas cabeceiras. Redutor com engrenagem de aço, lubrificadas em banho de óleo. Os pinhões e eixos do redutor são montados em um rolamento de esferas ou rolos.
2.2.5- Carro
Construção em uma peça estrutural soldada de alta rigidez e resistência. As rodas do carro são suportadas por mancais de rolamento auto-compensadores de rolo. Acionamento semelhante ao da ponte rolante
2.2.6- Redutor da Elevação
Consiste em uma unidade de redução, fechada. Lubrificada em banho de óleo. O redutor tem carcaça em ferro fundido de alta resistência e é equipado com conjunto de engrenagem de precisão de dentes helicoidais e retos.Opcionalmente pode ser fornecido com freio de carga mecânico, do tipo Weston.
A quantidade de Carbôno define sua classificação: o baixo carbôno possui no máximo 0,30% do elemento; o médio carbono apresenta de 0,30 a 0,60% e o alto carbono possui de 0,60 a 1,00%.
2.3.2 Características e Aplicações
Baixo carbôno: possui baixa resistência e dureza e alta tenacidade e ductilidade. É usinável e soldável, além de apresentar baixo custo de produção. Geralmente, este tipo de aço não é tratado termicamente. Aplicações: chapas automobilísticas, perfis estruturais, placas para produção de tubos, construção civil, pontes e latas de folhas de flandres.
Médio carbono: possui maior resistência e dureza e menor tenacidade e ductilidade do que o baixo carbôno. Apresentam quantidade de carbôno suficiente para receber tratamento térmico de têmpera e revenimento, embora o tratamento, para ser efetivo, exija taxas de resfriamento elevadas e em seções finas. Aplicações: rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas, que necessitem de elevadas resistências mecânica e ao desgaste e tenacidade.
Alto carbôno: é o de maior resistência e dureza. Porém, apresentam menor ductilidade entre os aços carbôno. Geralmente, são utilizados temperados ou revenidos, possuindo propriedades de manutenção de um bom fio de corte. Aplicações: talhadeiras, folhas de serrote, martelos e facas.
2.3.3 Qualidade
O aço carbôno segue uma divisão padronizada na indústria, o que permite que fornecedores e consumidores se comuniquem com eficiência. Os grupos de descrição de qualidade utilizados são os seguintes:
Semi-acabados para forjamento; Estrutural; Placas; Barras laminadas a quente; Barras acabadas a frio;
Chapas finas laminadas a quente; Chapas finas laminadas a frio; Chapas com esmaltagem porcelânica; Chapas chumbadas compridas; Chapas galvanizadas; Chapas revestidas por zincagem eletrolítica; Bobinas laminadas a quente; Bobinas laminadas a frio; Folhas-de-flandres; Arames; Arame achatado; Tubos; Tubos estrutural; Tubos para oleodutos; Produtos tubulares para campos petrolíferos; Produtos tubulares especiais; Fios-máquina laminados a quente.
2.3.4 Classificação
Os aços são classificados em Grau, Tipo e Classe, por meio de letra, número, símbolo ou nome. O Grau identifica a faixa de composição química do produto. O Tipo se refere ao processo de desoxidação utilizado, enquanto a Classe descreve outros atributos, como nível de resistência e acabamento superficial. O sistema de classificação mais adotado na prática é o SAE-AISI. Nele, o aço carbônico utiliza o grupo 1xxx, e é classificado da seguinte forma:
10xx : Aço carbôno comum (Mn : 1,00% máx.) 11xx : Ressulfurado 12xx : Ressulfurado e Refosforizado 15xx : Aço carbôno comum (Mn : 1,00 a 1,65%)
Os aços que possuem requisitos de temperabilidade adicionais recebem um H após a sua classificação. Os últimos dois dígitos, representados pelo xx, representam o conteúdo de carbôno do aço.
Figura 2.5 - Cargas passíveis de pruduzir cisalhamento.
O cisalhamento caracteriza-se pelo escorregamento de um plano perpendicular ao eixo longitudinalem relação ao plano imediatamente adjacente. As tensões que se originam nas secções transversais variam desde zero no eixo longitudinal até um máximo nas fibras externas.
A deformação Єᴄ provocada pelo cisalhamento depende da mudança em ângulo entre lados adjacentes de uma secção elementarsob a ação da torçãoprovocada pelas tensões de cisalhamento Ƭ.
A equipe reuniu-se conforme o cronograma para dar continuidade ao desenvolvimento do projeto, que, a partir da estrutura mecânica já finalizada no projeto anterior, restava fazer as adaptações para o novo acionamento, a programação e instalação do novo circuito. Na versão anterior do projeto, o eixo “Z” foi representado por um pistão pneumático, na nova versão com o acionamento por PIC, o eixo “Z” será um motor de passo, assim como os outros dois eixos. No primeiro encontro da equipe foram retirados o pistão pneumático e acoplado em seu lugar um motor de passo igual aos outros dois motores já utilizados, para o acoplamento foi utilizados uma abraçadeira e parafusos, na ponta do eixo do motor foi amarrado um cordão no qual representará os cabos de aço e uma ponte rolante, e em sua ponta amarrado um gancho que será usado para prender as cargas a serem transportadas. Foram feitas as adaptações elétricas para ser colocado o novo acionamento eletrônico, e verificado que o eixo “X” leva muito tempo para chegar ao seu destino final, então decidiu-se trocar o fuso atual por um fuso com passo maior. Foi comprado o conjunto contendo a placa principal do PIC, o IHM, a fonte e os cabos de transferência de dados, foram feitos testes na placa com programas básicos. A figura 3.1 mostra a placa do PIC e a placa de IHM.
Figura 3.1 – Placa principal do PIC e IHM
