Desvio com Servo Motor Acionado com uma simples chave HH

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1 Desvio com Servo Motor Acionado com uma simples chave HH Eu nunca gostei das bobinas como forma de acionamento dos desvios, por vários motivos: os movimentos são bruscos (é uma pancada ), usam chaves por pulso, são frágeis e queimam com facilidade se não tiverem uma boa proteção e seu preço também não é muito atrativo. As bobinas expostas, pior ainda, pois deixam aquele visual horrível na maquete. Bom, passei então a pensar em motores para isso, mas quando comecei a consultar os preços a opção ficou muito desanimadora. Mesmo assim não desisti da ideia e comecei a procurar alternativas na Internet, onde achei algumas opções e fui fazendo experiências e avaliações com aquelas que julguei viáveis para a minha situação, conforme o quadro abaixo: Em vermelho o ponto negativo que me fez abandonar a opção. Opção Positivo Negativo 1) Motor de Brinquedo Ideia do Antonio, espanhol. Site: 2) Drive de CD (reciclado de PC obsoleto) Ideia do Esteban, espanhol. Site: cnica-6/nuevo_motor_desvios.html 3) Servo Motor (Original) Alguns sites na Internet sobre o assunto: ServoMotor ) Servo Motor (Modificado) Ideia de uma pequena modificação para eliminar a necessidade de um decodificador DCC ou um circuito eletrônico p/ controlá-lo. a) Componentes de baixo custo; b) Ideia simples; c) Pequeno. a) Componentes de baixo custo; b) Ideia simples; c) Robusto e de fácil fixação; d) Funciona bem e com bom torque (instalei 2 deles na maquete). a) Servo Motor barato e sem necessidade de modificações neste caso; b) Pequeno; c) Eficiente e com bom torque. a) O Servo Motor e os componentes são baratos; b) Ideia simples; c) Pequeno; d) Eficiente e com bom torque; e) Funciona simplesmente com uma Chave HH. a) Trabalhoso e demorado para a montagem (minha maquete tem 14 desvios); b) Frágil e ruim para fixação; c) A transmissão de força direta proporciona baixo torque, apresentando algumas falhas com travamento do motor em certas ocasiões. a) Demorado para a montagem; b) Dificuldade de encontrar a quantidade de drives de CD necessários para minha maquete. a) Necessita criar um suporte de fixação em baixo do tablado; b) Necessita de decodificador DCC ou um circuito eletrônico para controlá-lo, e eles não são baratos. a) Necessita de uma simples modificação no Servo e acoplar componentes externos; b) Necessita criar um suporte de fixação em baixo do tablado. Avaliando as opções 1, 2 e 3, cheguei na opção 4. Fiz um teste com esta opção onde, além dos pontos positivos serem muito maiores, os negativos não seriam uma dificuldade para colocar esta ideia em prática. Apenas para ilustrar, coloco abaixo um comparativo de preços de alguns itens que podemos comprar como forma de acionamento de desvios e também da opção 4 acima. Item Unidade Valor em R$ (real) (preço aproximado no Brasil) Tortoise Turnout Motor Peça 60,00 Atlas HO/N 65 [Under Table] Peça 35,00 Bobina Frateschi [Exposta] Par 39,50 Servo Motor [Modificado](Conj. completo com todos os componentes) Peça 9,15 Com a decisão tomada, coloco nas próximas páginas o que foi necessário para a ideia virar uma realidade, iniciando com uma pequena explicação sobre o Servo Motor.

2 Como funciona um Servo Motor? Servo Motor é um dispositivo eletromecânico que, a partir de um sinal elétrico em sua entrada pode ter seu eixo movimentado para uma posição angular. Eles são largamente usados em modelismo, robótica e em muitas outras funções, pois além de permitir um posicionamento preciso do seu eixo, são compactos e muito leves. Uma característica importante também em um servo é a sua capacidade de movimentar o seu braço até uma posição e mantê-lo lá, mesmo que esteja sob força contrária. Para entendermos como ele faz isso e suas outras funções, temos que olhá-lo por dentro. Vejam a figura abaixo: 1) Engrenagens: Diminuem a rotação vinda do motor, transferem mais força ao eixo principal de saída e movimentam o potenciômetro junto com o eixo. 2) Motor: Movimenta as engrenagens e o eixo principal do servo 3) Potenciômetro: Fixado ao eixo de saída do servo para monitorar a posição do mesmo. 4) Circuito de Controle: Responsável por receber os sinais e energia do controlador, monitorar a posição do potenciômetro e controlar o motor de acordo com o sinal recebido conforme a posição do potenciômetro. 5) Caixa do servo: Local onde todo o conjunto é montado. O servo recebe um sinal no formato PWM (Pulse Width Modulation). Este sinal pode ter 0Volts ou 5Volts. O circuito de controle do servo fica monitorando este sinal em intervalos de 20ms, se dentro deste intervalo ele percebe uma alteração do sinal de 0v para 5v durante 1ms até 2ms ele altera a posição do seu eixo para coincidir com o sinal que recebeu. Um sinal de 1ms corresponde a uma posição do braço do servo todo a esquerda ou 0⁰ Um sinal de 1,5ms é o que chamamos de posição central do servo ou 90⁰ Um sinal de 2ms corresponde a uma posição do braço do servo todo a direita ou 180⁰ Uma vez que o servo recebe um sinal de 1,5ms (por exemplo), ele verifica se o potenciômetro encontra-se na posição correspondente, se estiver ele não faz nada. Se o potenciômetro não estiver na posição correspondente ao sinal recebido, o circuito de controle aciona o motor até o potenciômetro estar na posição

3 certa. A direção de rotação do motor do servo vai depender também da posição do potenciômetro, o motor vai girar na direção que mais rápido levar o potenciômetro até a posição certa. Se tentarmos alterar a posição do braço do servo a força, veremos que ele faz uma resistência e tenta manter a posição que lhe foi designada pelo sinal que recebeu. Ele faz isto por que o potenciômetro está conectado diretamente ao eixo de saída, e detecta qualquer alteração na posição do mesmo. E é isto que faz o servo ser tão importante para nós. Quando mandamos ele ir para uma posição ele vai e fica lá até receber outra "ordem". Esta "resistência" que o servo faz a uma mudança a força da posição do seu braço é chamada de Torque. O Torque é uma das principais características de um servo e a medimos em kg-cm (Kilo gramas por centímetro) ou oz-in (Onças por polegadas). Mas o que significa isso? Na figura ao lado mostra bem o que estamos falando. Considere que o braço deste servo tem 1cm até o ponto onde é conectado ao peso, e o peso é de 1Kg. O servo consegue manter a posição do seu braço mesmo com o peso puxando para baixo sem ceder nem quebrar, pois este servo tem um torque de 1 kgcm ou 14 oz-in. Sobre os conectores, todos os fabricantes de servos (com exceção apenas da Airtronics) respeitam um padrão de conexão. Existem diversos fabricantes de servos hoje em dia 90% dos casos eles usam o padrão da Futaba. Padrão Futaba: Padrão Airtronics:

4 O que precisamos modificar no Servo Motor? Sabendo agora como os Servos funcionam, podemos adaptá-los para que fiquem como motores comuns (sem necessidade dos controladores que não são baratos), acionados simplesmente por uma chave HH e, devido seu conjunto de engrenagens, eles possuem um torque mais do que suficiente para movimentar nossos desvios. Para esta adaptação são necessários os passos abaixo: A. Remover o circuito (eletrônico) de controle; B. Remover o potenciômetro que está conectado ao eixo principal (opcional); C. Retirar o limitador da engrenagem do eixo principal (opcional); D. Soldar o cabo de alimentação diretamente ao (+ e -) motor do Servo. Usei o Servo Tower Pro SG90 (9g), que é bem pequeno, barato e como informado acima, mais do que suficiente para acionar os desvios da escala HO (ou N). Abaixo foto e medidas: As fotos abaixo mostram como é feita a adaptação no Servo, onde explicarei a seguir cada uma delas.

5 Foto 1: Com uma micro chave philips retire os 4 parafusos da parte inferior do Servo. DICA: Segure bem ou prenda com fita durex a tampa da parte superior do Servo para ela não soltar e desprender todo o conjunto de engrenagens lá existente. Foto 2: Após retirar a tampa inferior, puxe suavemente todo o conjunto eletrônico (circuito de controle) e corte todos os fios. Foto 3: Como não sou bom com solda, eu deixei um pedaço dos fios + e do motor para emendar e soldar o cabo de alimentação. O risco é menor do que soldar diretamente no motor. Os 3 fios do potenciômetro eu cortei bem rente, não deixando nenhuma sobra neste componente. Foto 4: Emendar o cabo de alimentação aos fios deixados no motor. Eu aproveitei o próprio cabo do Servo (vermelho e marrom, eliminando o laranja) para a alimentação do motor. Foto 5: Mostra o cabo já emendado, estanhado e isolado. Foto 6: Servo montado após a adaptação e pronto para o conjunto de acionamento do desvio. Notem que fiz um pequeno furo (no lado oposto ao motor) no fundo da tampa inferior do Servo para passar o cabo de alimentação. A saída do cabo pela lateral do Servo não se adapta ao conjunto de acionamento que será montado. O conjunto de acionamento do Desvio Procurei fazer este conjunto da forma mais simples possível para ser instalado sob o tablado da maquete e claro, com um custo muito baixo também. Segue abaixo a lista do material utilizado e o preço que eu paguei (se precisarem de informações sobre onde foram comprados, entrem em contato comigo). Descrição do Item Qtde Valor Unit. R$ Valor Total R$ Tower Pro SG90 9g Gear Steering Servo 1 6,49 6,49 Chaves micro switch KW11-3Z-5 31,5mm 2 1,07 2,14 Borne de encaixe 12,6mm 2 Conexões TA (PCB) 1 0,44 0,44 Diodos Retificado de uso geral 1A 1N ,04 0,08 Valor total do conjunto 9,15 Foram necessários também retalhos de MDF de 3mm de espessura e retalhos de Compensado 12mm de espessura cortados nas medidas que estão nos desenhos ao lado. Devido ao pequeno tamanho, estes retalhos podem ser conseguidos gratuitamente em qualquer marcenaria.

6 Ao lado o esquema de ligação e funcionamento do conjunto. Fiz este desenho que explica de forma mais prática como a ligação do conjunto foi feita e também como ficou a ligação para o Painel dos LEDs. As fotos abaixo mostram como foi feita a montagem do conjunto. Em seguida a explicação de cada uma delas.

7 Foto 1: Os retalhos de MDF de 3mm de espessura e de Compensado 12mm de espessura cortados nas medidas informadas anteriormente. Foto 2: Inicio da montagem do conjunto. As partes de MDF foram pregadas aos Compensados usando os preguinhos 6x6 de pregar trilhos. Se preferir, pode ser colado. IMPORTANE: O eixo do Servo Motor deve ficar do lado compensado 19x18mm. (Peço desculpas, mas na foto ficou ao contrário). Foto 3: Colocando o MDF da parte superior do conjunto. Foto 4: Retirei das chaves Micro Switch o conector do meio delas, pois assim ficou mais fácil a ligação do Diodo 1N4007 entre os conectores das extremidades. Utilizei um alicate Xuron para retirar este conector e cortei bem rente a chave, como mostra a foto. Foto 5: As Chaves e os Diodos a serem montados na Placa de MDF de 50x30mm. Primeiro coloquei os Diodos nas mesmas, respeitando a posição correta informada no desenho. Depois as posicionei, conforme o eixo do Servo, e fixei com parafusos 12x2mm. Foto 6: Conjunto já montado e com os fios estanhados. O conector PCB é fixado na parte de trás do compensado 19x18mm, com fita dupla face. Foto 7: É necessário cortar uma parte do braço de acionamento, deixando apenas 3 furos neste lado, onde será preso o arame de aço. Na foto 8 mostra como ficou após cortar, lixar e prender o arame. Foto 8: Conjunto já instalado e em funcionamento com o desvio. Esta foto mostra o resultado de todo este trabalho. Depois de pronto e testado o primeiro conjunto (na parte de cima da foto), fiz os 11 (onze) conjuntos faltantes para a maquete, durante um sábado. Acho que demorei mais para fazer este documento do que os próprios conjuntos (rs...). Achei importante documentar isto porque acredito que esta experiência pode ser útil para os amigos do hobby. Abraços Luis Fadel