PROJETO DE UM SISTEMA AUTOMÁTICO PARA ENLONAMENTO DE CAMINHÕES AGRÍCOLAS

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1 UNIJUÍ - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DCEEng - Departamento de Ciências Exatas e Engenharias Curso de Engenharia Mecânica Campus Panambi GIOVANI LOCATELLI PROJETO DE UM SISTEMA AUTOMÁTICO PARA ENLONAMENTO DE CAMINHÕES AGRÍCOLAS Panambi 2012

2 GIOVANI LOCATELLI PROJETO DE UM SISTEMA AUTOMÁTICO PARA ENLONAMENTO DE CAMINHÕES AGRÍCOLAS Trabalho de conclusão de curso apresentado à banca avaliadora do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do título de engenheiro mecânico. Banca Avaliadora: 1 Avaliador: Prof. Luiz Antonio Rasia, Dr. Eng. 2 Avaliador (Orientador): Prof. Antonio Carlos Vadiero, Dr. Eng.

3 AGRADECIMENTOS O autor é agradecido ao Prof. Antonio Carlos Valdiero, orientador deste trabalho, pelos conhecimentos adquiridos através de suas aulas e pela contínua orientação durante o projeto. À família, pelo grande apoio durante todo o curso de Engenharia Mecânica. Aos colegas dos Laboratórios do Campus Panambi, pelo convívio e integração. À UNIJUÍ pelo apoio incondicional no desenvolvimento do projeto e pela excelente estrutura laboratorial disponibilizada.

4 RESUMO Este trabalho apresenta o projeto de um sistema automático para enlonamento de caminhões agrícolas com carrocerias graneleiras. Estes caminhões são utilizados para transportes de grãos, onde o uso de lona de cobertura da carroceria é necessário. Tal necessidade advém da legislação de trânsito e do correto acondicionamento da carga, bem como pela proteção contra mudanças climáticas. Hoje em dia, o enlonamento, na maioria dos casos, é feito de forma manual, sem o uso de qualquer equipamento que possibilite um melhor alcance da lona por parte do operador da máquina. Isso provoca um grande desgaste por parte do operador, além do dispêndio de tempo. Neste trabalho utiliza-se uma metodologia de projeto composta das fases de análise das necessidades, projeto conceitual, projeto preliminar e detalhado, além da construção de um modelo reduzido e da elaboração do pedido de patente da invenção. A concepção do mecanismo é desenvolvida numa ferramenta computacional de CAD (Computer Aided Design), onde é possível fazer a simulação do sistema de enlonamento. Pretende-se facilitar o enlonamento da carroceria do caminhão, evitando possíveis desgastes físicos. O trabalho manual, que consiste em esticar, tracionar e amarrar a lona, é substituído por um sistema automatizado, mais fácil, rápido e simples. Foi realizado o requerimento do direito de patente na modalidade de Pedido de Invenção (PI) junto ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI). Palavras-chave: Enlonamento de Caminhões, transporte de grãos, sistema automatizado para carrocerias.

5 ABSTRACT This paper presents the design of an automatic system to cover agricultural trucks s bodies, which are used to transport grains, where the use of canvas for the transport becomes necessary. This need comes from the traffic law and proper stowage, as well as for protection against climate changes. Today, the cover in most cases is done manually, without use any equipment which makes possible a better range canvas by the machine operator. This causes a great physical wear of the operator, also there s a great waste of time. We use a design methodology consists of the phases of need analysis, conceptual design, preliminary and detailed design and construction of a reduced model. The mechanism design is developed through a computational tool for CAD (Computer Aided Design) where it is possible to simulate the attachment. It is intended to facilitate the cover of the truck body, avoiding possible physical wear. The manual labor that consists in stretch, pull and tie the bag, would be replaced by an automated system, easiest, fastest and simplest. Keywords: trucks s covering, grains transportation, automatic system

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Fotografia mostrando o derrame de grãos nas estradas Figura 2 Exemplo de enlonamento feito da forma manual Figura 3 - Mecanismo de enlonamento fabricado pela VISE Lonas Figura 4 - Sistema de Enlonamento por Trilhos Figura 5 - Dispositivo para Enlonar Carrocerias ou Caçambas Diversas Figura 6 - Mecanismo de colocação de lonas para carrocerias de caminhões Figura 7 - Módulos do sistema Figura 8 - Transmissão por correia (A) e Transmissão por corrente (B) Figura 9 Desenho do Módulo de Transmissão de Potência Figura 10 Subconjunto Motor Elétrico Figura 11 - Subconjunto Cobrimento Carroceria Figura 12 - Sistema Fixação Figura 13 - Esticador de Correia Figura 14 - Trilho Frontal e Posterior Figura 15 - Trilho Central Figura 16 - Fixação da lona nos cabos de aço Figura 17 - Fixação do cabo de aço na extremidade da lona Figura 18 - Vista Explodida do Sistema Figura 19 - Vista rendenizada do sistema de enlonamento montado na carroceria Figura 20 - Vista rendenizada do sistema no Caminhão Figura 21 - Problema que Poderá Ocorrer Destacado em Amarelo Figura 22 - Trilho Frontal com Quebra Vento Figura 23 - Motor Elétrico de Corrente Contínua BOSCH tipo CEP Figura 24 - Placa Controladora Figura 25 - Interruptor Gangorra Três Estágios Figura 26 - Vista da maquete confeccionada Figura 27 - Vista do módulo de acionamento do sistema Figura 28 - Desenho placa controladora Figura 29 Confecção das trilhas sobre a placa de cobre Figura 30 Fotografia da placa corroída pelo ácido com as trilhas de cobre Figura 31 Fotografia dos componentes eletrônicos utilizados na placa controladora Figura 32 Componentes soldados na placa... 37

7 Figura 33 Diferença entre a engrenagem do protótipo (A) e a polia do projeto (B) Figura 34 Enlonamento Figura 35 Desenlonamento... 39

8 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS INTRODUÇÃO Generalidades Estado da Arte de Enlonar Caminhões Metodologia Objetivos e Organização do Trabalho PROJETO DETALHADO Introdução Principais componentes do sistema Mecanismo do sistema de enlonamento de caminhões Acionamento do sistema de enlonamento de caminhões Sistema de controle do sistema de enlonamento de caminhões Discussões CONSTRUÇÃO E TESTES DO MODELO TRIDIMENSIONAL EM ESCALA REDUZIDA Introdução Construção do modelo reduzido do mecanismo e do acionamento Construção da placa controladora Testes de funcionamento do modelo tridimensional em escala reduzida Avaliação da viabilidade financeira do protótipo a partir de um plano de negócios Discussões CONCLUSÕES REFERÊNCIAS Apêndice A Pedido de patente do sistema para enlonamento de caminhões... 46

9 9 1 INTRODUÇÃO 1.1 Generalidades Este trabalho trata do problema encontrado no enlonamento de carrocerias de caminhões graneleiros. Visando desenvolver uma solução para este problema com a aplicação de uma metodologia de projeto descrita em Valdiero (1997), onde o estudo começa desde a necessidade do cliente e vai até a construção de uma maquete para mostrar suas características. Sabe-se que o trabalho de enlonar um caminhão é algo extremamente trabalhoso, o qual requer que o operador do veículo, de posse da lona, estique, tracione e amarre, podendo trazer sérios riscos a segurança. É de se observar, também, que quando o veículo estiver em seu percurso poderá sofrer fortes ventos fazendo com que o enlonamento se solte ou levante-se. Pretende-se minimizar os esforços e riscos à segurança do trabalho realizado por uma pessoa, no que se refere ao caso de o operador esticar a lona e amarrá-la manualmente em torno da carroceria, economizando tempo e mão de obra, e consequentemente reduzindo custos ao proprietário do caminhão. O Brasil é um país cuja produção agrícola é vasta e diversificada. Dentre os produtos cultivados, um grupo importante a ser mencionado é o dos granulados, tais como soja, milho, trigo, entre outros. O transporte dos grãos das lavouras para os silos e portos se dá principalmente, de forma rodoviária, feito com caminhões que muitas vezes não estão em boas condições. Durante este transporte, parte da carga granulada cai do caminhão devido às trepidações da carroceria e à má vedação da carga. Conforme visto no site Noticias Agrícolas (2012) estima-se que o Brasil perca R$ 2,7 bilhões a cada safra com o derrame de grãos durante o transporte rodoviário conforme ilustra a Figura 1. Segundo o Ministério dos Transportes, 58% das cargas do país são transportadas pelo sistema rodoviário, o qual seria o menos eficiente para longas distâncias. O uso de lona de cobertura da carroceria é necessário conforme o artigo 231 da lei 9.503/97 (Código de Trânsito Brasileiro) e tem-se a impossibilidade de transitar com o veículo de carga quando houver o risco de derrame da mesma. Tal necessidade advém da legislação de trânsito e do correto acondicionamento da carga, bem como, pela proteção contra mudanças climáticas.

10 10 Figura 1 Fotografia mostrando o derrame de grãos nas estradas. Fonte: Notícias Agrícolas (2012) 1.2 Estado da Arte de Enlonar Caminhões Esta seção apresenta uma breve descrição do estado da arte de enlonar caminhões, isto serve como ponto de partida para estimular a criatividade e estimar parâmetros para o projeto de acordo com o mercado. Hoje em dia, o enlonamento, na maioria dos casos, é feito de forma manual, sem o uso de qualquer equipamento que possibilite um melhor alcance da lona por parte do operador da carroceria, como ilustra a Figura 2. Isso provoca um grande desgaste por parte do operador, além do dispêndio de tempo e riscos de acidentes. Figura 2 Exemplo de enlonamento feito da forma manual Fonte: Pulsar Imagens (2011)

11 11 Algumas empresas já desenvolveram equipamentos para o enlonamento da carga como é o caso da empresa VISE Lonas, porém ainda necessitam de força humana para realização da tarefa, como pode ser visto na Figura 3, onde a lona é fixada em uma das laterais do caminhões e é movimentada cobrindo a carroceria no momento em que o operador gira um eixo acionador que é fixo na outra extremidade da mesma. Figura 3 - Mecanismo de enlonamento fabricado pela VISE Lonas Fonte: Vise Lonas (2010) Outro mecanismo de enlonamento pesquisado (USP, 2011) é um sistema eletromecânico conforme ilustra a Figura 4 que é inspirado no conceito de abertura e fechamento de persianas, nos quais uma série de arcos formam um toldo coberto de lona. O fechamento do sistema inicia-se pela movimentação de um único arco, e em seguida o movimento é transferido ao restante do conjunto através da própria lona. A abertura é iniciada pelo mesmo arco citado anteriormente, porém o movimento é transferido progressivamente pelo contato entre cada caverna até a completa abertura da carroceria.

12 12 Figura 4 - Sistema de Enlonamento por Trilhos Fonte: USP (2011) Outros sistemas semelhantes foram pesquisados, inclusive no banco de patentes do Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), sendo similares aos descritos acima. Por exemplo, a patente Pl B1 conforme ilustra a Figura 5 que também descreve um mecanismo de enlonamento manual, onde o sistema ainda depende de um operador. Ela é composta por dois eixos, uma lona, sendo um dos eixos com uma espécie de manivela onde o operador exercerá esforço ao girá-la para enlonar a carroceria do caminhão. Figura 5 - Dispositivo para Enlonar Carrocerias ou Caçambas Diversas. Fonte: Instituto Nacional de Propriedade Industrial (2012)

13 13 A Figura 6 ilustra a patente MU U2 a qual descreve um sistema que é composto por trilhos acoplados na carroceria, onde passam cabos que promovem a abertura e fechamento da lona. Para o seu acionamento, usa-se uma redução de engrenagens para reduzir os esforços feitos pelo operador. Figura 6 - Mecanismo de colocação de lonas para carrocerias de caminhões Fonte: Instituto Nacional de Propriedade Industrial (2012) A partir da pesquisa do estado da arte de soluções para enlonamento de carrocerias descritos nas secções anteriores, iniciou-se o processo de projeto, cuja metodologia é apresentada a seguir. 1.3 Metodologia Sabe-se que projetar é uma atividade necessária ao bem estar das pessoas, onde um projeto bem feito traz uma certa satisfação. No curso de Engenharia Mecânica são apresentadas técnicas e métodos para o desenvolvimento de projetos, de maneira que seja alcançado um aperfeiçoamento de uma solução em forma de um projeto evolutivo, ou até mesmo desenvolvido um projeto inovador. Tal metodologia auxilia no desenvolvimento de projetos ou melhorias para solucionar as necessidades existentes. Visando ajudar o engenheiro a desenvolver seu projeto com mais facilidade, é apresentada a morfologia do processo de projeto de acordo com VALDIERO (1997), que pode ser dividida nas seguintes fases:

14 14 Análise das Necessidades: Nesta fase identifica-se qual a necessidade do cliente para a formulação de uma proposta de projeto; Projeto Conceitual: Seguindo com o problema descrito, segue-se para a parte onde se desenvolve uma concepção mais adequada, apresentando uma solução conceitual para o problema; Projeto Preliminar: Nesta fase o projeto conceitual passa por uma análise, onde são desenvolvidos os cálculos, dimensionamentos e simulações. Podem ser utilizados softwares que facilitam a realização dos cálculos e as simulações de desempenho; Projeto Detalhado: Esta fase é feita quase que simultaneamente com a fase de Projeto Preliminar, e são definidos os materiais, as dimensões das peças a serem fabricados, os componentes padronizados, juntamente com a lista de materiais, visando as facilidades, a rapidez e o menor custo de fabricação. Construção do Protótipo: Aqui são confeccionadas e montadas peças detalhadas, gerando então um modelo icônico tridimensional, ou até mesmo, um protótipo em escala real; Testes e Modificações: Com a construção do protótipo concluída, realizam-se testes para avaliações, e se necessário são realizadas as modificações no protótipo; Documentação do Projeto: Elaboram-se os manuais do equipamento como: de montagem, de operação e de manutenção. Organiza-se também os relatórios, croquis, cálculos, entre outros. Encaminha-se o registro da patente do produto. Em cada uma destas fases são aplicadas técnicas e ferramentas para o melhor desempenho do projeto. As fases podem ser desenvolvidas dentro do conceito de engenharia simultânea. Com base nos equipamentos já desenvolvidos vistos no estado da arte, realizou-se uma concepção do equipamento capaz de enlonar o caminhão automaticamente. 1.4 Objetivos e Organização do Trabalho O principal objetivo deste Trabalho de Conclusão de Curso é o projeto detalhado e a construção de um modelo em escala reduzida que elimine o esforço físico por parte do operador e que tenha maior agilidade no processo de enlonar. Nos próximos capítulos serão descritos o projeto detalhado, a construção do modelo tridimensional, em escala reduzida, os testes realizados em laboratório e as considerações finais sobre o projeto.

15 15 2 PROJETO DETALHADO 2.1 Introdução Segundo Pahl & Beitz (1996), essa é a etapa na qual o projeto é desenvolvido de acordo com critérios técnicos e econômicos até o ponto em que o projeto detalhado resultante possa ser encaminhado à produção. Nessa etapa do projeto, o modelo do produto evolui da concepção ao layout definitivo do produto, sendo expresso pela documentação completa necessária à produção do produto projetado. O layout definitivo deve ser desenvolvido até o ponto onde uma verificação clara da função, durabilidade, produção, montagem, operação e custos, possa ser feita. O nível de detalhamento a ser alcançado nessa etapa deve incluir, segundo Pahl e Beitz (1996): a) estabelecimento do layout definitivo; b) projeto preliminar das formas (formato de componentes e materiais); c) procedimentos de produção; d) estabelecimento de soluções para qualquer função auxiliar. Além disto, a disposição, a forma, as dimensões e as tolerâncias de todos os componentes devem ser finalmente fixadas. Normas e procedimentos padronizados devem ser empregados conforme as necessidades dos meios de fabricação. Esta etapa envolve decisões sobre como o produto será manufaturado, por exemplo, quais os passos necessários para manufaturar o produto, quais processos de manufatura, máquinas e ferramentas serão requeridas, e como as partes serão montadas. As atividades do planejamento do processo envolvem a análise da produtibilidade, o desenvolvimento de fornecedores e o projeto do ferramental. As ferramentas empregadas nessa fase do projeto são aquelas comuns na área de engenharia como: CAD, programas de simulação, construção de modelos, programas de auxílio ao cálculo e dimensionamento. A partir destas considerações, será apresentado na próxima secção o projeto detalhado e a construção do modelo tridimensional.

16 Principais componentes do sistema Nesta secção são mostrados os módulos principais do sistema proposto conforme ilustra a Figura 7 constituída por: Sistema de Controle, Acionamento e Mecanismo, onde cada um deles corresponde a uma função específica. Figura 7 - Módulos do sistema Fonte: Próprio autor O Sistema de controle é um dispositivo ou um grupo de dispositivos que gerenciam o comportamento de outros dispositivos, onde o sistema para enlonamento de caminhões seria uma placa controladora, que recebe um comando dado por um interruptor, acionando um motor elétrico. Em sequência o motor aciona o mecanismo que é um conjunto de peças dispostas de maneira que se obtenha um resultado determinado, ou seja, neste sistema ele será o responsável por cobrir e descobrir a lona do caminhão, sendo este composto por mancais, eixos, polias, correias, entre outros acessórios. 2.3 Mecanismo do sistema de enlonamento de caminhões

17 17 O sistema de transmissão entre os componentes pode ser dado por correntes ou correias conforme ilustra a Figura 8. As duas têm um funcionamento semelhante, porém o custo da correia é mais barata e a sua resistência é inferior à corrente. A correia ou corrente, geralmente, é presa a uma extremidade que fornece energia ao sistema, e na outra extremidade, uma polia/engrenagem que irá receber a energia para movimentar o mecanismo. É possível ter uma relação de polia/engrenagem variando o diâmetro dos mesmos para assim obter maior torque ou velocidade. Estas transmissões têm como vantagens o custo, a facilidade de montagem, pouco espaço utilizado, grandes variações da relação de transmissão e vida útil alta. Figura 8 - Transmissão por correia (A) e Transmissão por corrente (B). Fonte: Miller (2012) e Dreamstime (2012). O módulo de transmissão de potência é constituído por um motor de corrente contínua de 12 V e transmissões por correias e polias. Durante a construção do controle eletrônico e mecânico priorizou-se a utilização de elementos padronizados existentes no mercado, tais como: mancais, correias, polias, com a finalidade de eliminar a necessidade de usinar estes elementos. Com isto, diminui-se o custo de manufatura e manutenção do equipamento. O layout do módulo de transmissão de potência pode ser visualizado na Figura 9, onde os elementos que fazem parte deste módulo estão colocados em seus respectivos lugares, e são fixados na carroceria. Esta mesma figura mostra, ainda, o motor elétrico (1), os eixos (2) e os esticadores (3).

18 18 Figura 9 Desenho do Módulo de Transmissão de Potência Fonte: Próprio autor O Subconjunto do motor elétrico é montado conforme ilustra a Figura 10, onde é composto por uma chapa metálica dobrada (4) que é fixada na base da carroceria, parafusos e porcas M 10 (5), Polia (6) para transmitir o torque e parafusos M 6 (7) para fixar o motor na chapa metálica. Figura 10 Subconjunto Motor Elétrico Fonte: Próprio autor

19 19 O subconjunto responsável por puxar a lona e cobrir a carroceria é mostrado na Figura 11 sendo composto por dois tubos (8) onde a lona é fixada, na parte frontal do tubo é fixado um eixo (9) de cada lado, para a polia de canal duplo (10) ser fixada. Este subconjunto é sustentado por mancais de rolamento (11) GE 30 no lado direito e esquerdo e na parte da frente e de trás da carroceira, parafusos e porcas M 12 (12) e ferro chato (13). Figura 11 - Subconjunto Cobrimento Carroceria Fonte: Próprio autor A Figura 12 ilustra o sistema fixado nos quatro cantos superiores da carroceria. Utilizou-se os cantos da carroceria, pois elas já vem equipadas com um sistema de fácil manuseio, onde o operador pode tirar o equipamento e monta-lo novamente. Para fixar o equipamento utilizou-se um ferro chato, contendo um rasgo (14) e um furo para a fixação na carroceria onde é colocada uma espécie de manivela (15) artesanal feita com uma porca e um eixo dobrado.

20 20 Figura 12 - Sistema Fixação Fonte: Próprio autor Visando uma maior praticidade para montar e desmontar, ou até mesmo, para manutenção do implemento, é necessário a utilização de esticadores, os quais são responsáveis por manterem as tensões na correia para manter a sincronia dos eixos. Contudo o esticador projetado é formado de uma polia de alumínio (16), que é montada em um rolamento (17), fixado por anéis elásticos (18 e 19), onde são fixados em um eixo (20). O eixo será fixado por um parafuso M8 (21), e quando desapertar a porca M8 (22) poderá se deslocar ao longo furo oblongo da chapa dobrada (23) que é fixada por três parafusos e porcas M10 (24) na carroceria. A alocação dos componentes do esticador pode ser vista, detalhadamente, na Figura 13.

21 21 Figura 13 - Esticador de Correia Fonte: Próprio autor Outros componentes importantes no sistema são os trilhos ilustrados na Figura 14 para o melhor condicionamento da lona, o qual é responsável por manter a lona alinhada. Os trilhos do sistema são constituídos de chapas dobradas (25), com uma nervura (26) em uma extremidade, que serve de alinhamento da lona, e também para a mesma não levantar durante o percurso. Eles são fixados nas extremidades da carroceria por quatro parafusos e porcas M10 (27), e para que ele não dobre para baixo com o peso da lona, o trilho possui um recorte (28) nas laterais para ficar sobre a tampa da careceria do caminhão.

22 22 Figura 14 - Trilho Frontal e Posterior Fonte: Próprio autor Além do trilho frontal e posterior o sistema possui um trilho central constituído de chapa metálica dobrada (29) da mesma forma que os outros trilhos, porém que é soldado juntamente com um arco (30). Optou-se por soldá-lo com o arco, pois pode ser removido quando necessário. O trilho central pode ser visto na Figura 15. Figura 15 - Trilho Central Fonte: Próprio autor

23 23 Após os trilhos serem projetados, desenvolveu-se o dispositivo de fixação da lona nos cabos de aço, afim de que a mesma não rasgue ao ser tracionada. Tal fixação pode ser vista na Figura 16, onde a lona (31) é dobrada ou enrolada sobre uma barra chata de aço (32) que possui furos para cada cabo de aço utilizado no sistema, no caso três, ao longo do comprimento da chapa, ou seja, na mesma distância onde estão posicionados os trilhos citados anteriormente. Para fixação do cabo de aço no furo da lona (31) com a chapa de aço (32), são utilizadas arruelas (34), parafusos (33) e porcas (35). Figura 16 - Fixação da lona nos cabos de aço Fonte: Próprio autor Tal fixação através de cabos de aço pode ser vista, com detalhes, na Figura 17.

24 24 Figura 17 - Fixação do cabo de aço na extremidade da lona Fonte: Próprio autor A Figura 18 mostra, uma vista explodida, do sistema sem a lona e a Figura 19 apresenta uma vista rendenizada do sistema projetado. Figura 18 - Vista Explodida do Sistema Fonte: Próprio autor

25 25 Com a vista rendenizada do sistema e também montada sobre a carroceria pode-se ver que o espaço ocupado pelo sistema não afeta a carga e descarga de grãos e nem o acesso à carroceria. Figura 19 - Vista rendenizada do sistema de enlonamento montado na carroceria Fonte: Próprio autor no caminhão. A Figura 20 mostra o sistema completamente pronto, na carroceria que está montada Figura 20 - Vista rendenizada do sistema no Caminhão Fonte: Próprio autor

26 26 É importante destacar alguns possíveis problemas de projeto do sistema, os quais poderão ser confirmados quando o equipamento for montado sobre a carroceria do caminhão. Um problema que poderá ocorrer é o conflito entre o ferro chato (31), utilizado para segurar o mancal (32), e as tábuas (33) das tampas da carroceria. A solução para o problema destacado acima pode ser obtida cortando aproximadamente 50 mm de madeira das tampas, ou utilizando uma arruela no local onde é fixado o ferro chato (34), no parafuso da carroceria. Tal problema pode ser visto na Figura 21. Figura 21 - Problema que Poderá Ocorrer Destacado em Amarelo Fonte: Próprio autor Outro problema que poderá ocorrer é no trilho frontal em relação ao vento, pois o trilho não possui um quebra vento, com isso poderá levantar a lona, causando problemas. Uma solução para este problema é que durante a confecção do trilho seja soldada uma aba reta (35) para cima conforme ilustra a Figura 22.

27 27 Figura 22 - Trilho Frontal com Quebra Vento Fonte: Próprio autor 2.4 Acionamento do sistema de enlonamento de caminhões Para o acionamento dos mecanismos descritos na seção anterior, fez-se uma análise do motor adequado para a operação, definido como um motor elétrico de corrente contínua de tensão de alimentação de 12 VDC, uma vez que o mesmo é de baixo custo e a ligação da tensão de suprimento na própria bateria do caminhão. Eles também podem funcionar com velocidade ajustável entre limites e se prestam a controles com flexibilidade e precisão adequada. O atuador elétrico é o recomendado para ser um sistema barato e eficiente. O motor elétrico tem outras vantagens tais como: facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando, com sua construção simples, custo reduzido, versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. Outra vantagem de um atuador elétrico é a facilidade de controle do mesmo que pode ser feito por circuitos elétricos de baixo custo. Na Figura 23 ilustra o motor que será usado no projeto.

28 28 Figura 23 - Motor Elétrico de Corrente Contínua BOSCH tipo CEP Fonte: Bosch (2009) O acionamento do sistema proposto é realizado por um motor elétrico de 12 Volts, com rotação horária e anti-horária e rotação de saída de 100 rpm e com um torque que varia de 25 Nm a 45 Nm e cujas principais características estão listadas na Tabela 1. Tabela 1 - Características Motor Tipo CEP. Características Técnicas Tensão dos Motores: 12 VCC Consumo Nominal: 7,5 A (Conforme torque) Torque/Opções: 25 a 48 Nm (Torque máx.) Sentido de Giro: L/R Velocidades: 1 ou 2 Rotações máximas: 100 rpm Fonte: Bosh (2009) elétrico. Na próxima secção é descrito o sistema de controle do acionamento com o motor

29 Sistema de controle do sistema de enlonamento de caminhões Atualmente com os avanços tecnológicos no mundo todo, cabe salientar a utilização cada vez maior de sistemas mecatrônicos. Para os projetos inovadores atuais, a utilização de placas controladoras ou placa de circuito eletrônico impresso é comum. Neste trabalho optouse para o controle do sistema por uma placa controladora, a qual será responsável por enviar a energia necessária no tempo e na velocidade adequados para o cobrimento e descobrimento da carroceria. Uma placa de circuito impresso, além de manter os componentes fixados em posição de funcionamento, fornece os sinais necessários para executar a operação. Para a sua construção, primeiramente, necessita-se do desenho impresso para fazer a marcação e posicionamento dos componentes na placa. Com o desenho, faz-se as trilhas com uma caneta especial, (cujo conteúdo é resistente ao desgaste do ácido usado na corrosão do cobre), onde serão ligados os componentes eletrônicos. Após o desenho das trilhas, a mesma é colocada em um recipiente que contém Percloreto de Ferro II que corroerá somente o cobre que não está protegido com a tinta da caneta. Posteriormente, é feita a furação da placa, onde os componentes serão encaixados e soldados. A placa controladora do sistema apresentado é responsável por controlar o motor, mandando a quantidade certa de energia, conforme o programa, desenvolvido para o controle e funcionamento. A placa para controlar um motor de corrente contínua, pode ser vista na Figura 24. Figura 24 - Placa Controladora. Fonte: EliteNET (2012)

30 30 De modo simplificado a placa receberá a energia da bateria do caminhão, na tensão de 12 Volts, e o motor somente acionado quando o interruptor for pressionado, para um lado ou para o outro. Para que a placa funcione adequadamente, é necessário um acionamento, ou seja, um interruptor. Nesta proposta foi empregado um interruptor gangorra que possui três estágios de acionamento ON/OFF/ON ilustrado na Figura 25. O mesmo serve para controlar um sistema de 12V com uma corrente de 15A. Figura 25 - Interruptor Gangorra Três Estágios. Fonte: Barco Novo (2012) 2.6 Discussões Esta seção apresentou o projeto detalhado de um sistema de enlonamento para caminhões com ênfase nos módulos do mecanismo, acionamento e controle. O mecanismo possui uma disposição construtiva inovadora que permite a utilização de um acionamento por motor elétrico de corrente contínua alimentado pela própria bateria do caminhão. O controle proposto permite o acionamento de dentro da cabine do motor, agregando segurança, comodidade e rapidez na tarefa colocação e recolhimento da lona na carroceria do caminhão. Tal projeto resultou numa patente de pedido de invenção (PI) cujo texto da patente requerida no Instituto Nacional de Propriedade Industrial sob o protocolo no do processo BR

31 31 3 CONSTRUÇÃO E TESTES DO MODELO TRIDIMENSIONAL EM ESCALA REDUZIDA 3.1 Introdução Nesta seção apresenta-se a construção e os testes de um modelo em escala reduzida do sistema de enlonamento de caminhões. O objetivo é fazer a verificação de funcionamento do equipamento antes da construção do protótipo, em tamanho real, e assim fazer uma análise preliminar se o produto atende as especificações de projeto. O protótipo é um exemplar de um produto construído para testes tem a finalidade de simular o funcionamento da máquina nas condições normais de operação especificadas durante o projeto, verificando sua correta funcionalidade, e a possibilidade de possíveis falhas no decorrer da operação. Nesta seção apresenta-se apenas o modelo tridimensional em escala reduzida mostrando uma ideia do que será o protótipo no futuro. 3.2 Construção do modelo reduzido do mecanismo e do acionamento A maquete tridimensional foi construída em madeira e com os eixos em aço e trilhos de alumínio e outros componentes como partes de impressoras e baterias. Para a construção foram usadas ferramentas manuais e furadeira, prego, cola, parafuso, paquímetro e trena. A vantagem de se utilizar modelos icônicos tridimensionais é de podermos observar as dificuldades de construção e o que pode ser melhorado em função dos processos para a fabricação. O modelo tridimensional é mostrado na Figura 26 foi feita em uma escala de 1:10, para que fosse possível a sua construção.

32 32 Figura 26 - Vista da maquete confeccionada. Fonte: Próprio autor A Figura 27 mostra as correias dentadas utilizadas e as engrenagens, as quais não estão como as especificações do projeto. Por não ser possível encontrá-las para a escala utilizada neste modelo tridimensional (1:10), contudo utilizou-se engrenagens e correias dentadas de impressoras encontradas na sucata.

33 33 Figura 27 - Vista do módulo de acionamento do sistema. Fonte: Próprio autor Os mancais do modelo reduzido foram confeccionados de madeira, tendo bastante atrito entre o eixo e furo do mancal, forçando mais o motor durante o funcionamento. 3.3 Construção da placa controladora Para o acionamento do sistema foi necessária a construção de uma placa controladora, cuja entrada é o comando de liga/desliga executado pelo operador num interruptor dentro ou fora da cabine e a saída é a corrente elétrica que aciona o motor para girar em ambos sentidos horário e antihorário, efetuando assim o cobrimento e o descobrimento da carroceria. Inicialmente desenhou-se a placa controladora no programa (software) Ares, o qual é considerado uma ferramenta essencial para estudantes e profissionais que desejam criar circuitos, simular e elaborar layouts de aplicações analógicas e digitais, inclusive de microcontroladores. A partir do desenho, já contendo os componentes necessários, fez-se a impressão do circuito eletrônico sobre a placa de circuito impresso, de forma a espelhá-la conforme ilustra a Figura 28.

34 34 Figura 28 - Desenho placa controladora Fonte: Próprio autor Inicialmente, no modelo reduzido, foi construído um circuito para controlar um motor de passo disponível, havendo componentes a mais do que os necessários para uma placa para motor de corrente contínua. Com este esboço foi possível desenhar artesanalmente, o circuito na placa de cobre, utilizando uma caneta hidrográfica (utilizada para escrever em quadro, CDs, DVDs, etc.). Utiliza-se esta caneta para desenhar os circuitos, para que quando os componentes estejam montados não haja curto circuito e nem danifique os componentes. Na Figura 29 podem ser vistos os circuitos transferidos para a placa de cobre.

35 35 Figura 29 Confecção das trilhas sobre a placa de cobre Fonte: Próprio autor Com o esquema dos circuitos desenhados na placa de cobre mostrada na Figura 30, coloca-se a mesma dentro de um ácido para corroer as partes da placa que não estão protegidas pela tinta da caneta.

36 36 Figura 30 Fotografia da placa corroída pelo ácido com as trilhas de cobre Fonte: Próprio autor Após a corrosão da placa, faz-se os furos para a fixação dos componentes eletrônicos (capacitores, resistores, diodos, transistores e micro controlador), conforme ilustra a Figura 31.

37 37 Figura 31 Fotografia dos componentes eletrônicos utilizados na placa controladora Fonte: Próprio autor Na etapa seguinte os componentes são soldados na placa em seus devidos lugares conforme ilustra a Figura 32, seguindo o desenho feito, inicialmente, no programa Ares. Figura 32 Componentes soldados na placa Fonte: Próprio autor

38 38 Após a soldagem das ligações dos componentes, faz-se a verificação de todos as trilhas utilizando um multímetro, evitando possíveis curtos circuitos que possam queimar os componentes na placa. Com a verificação concluída, faz-se a programação do chip e colocamse os botões para acionamento, sendo um para ligar o motor no sentido horário e outro para o sentido antihorário. 3.4 Testes de funcionamento do modelo tridimensional em escala reduzida Após a construção do modelo tridimensional houve um problema que foi possível resolve-lo que era a questão das correias, pela maquete não ser como no projeto real e possuir engrenagens ao invés de polias, as correias ficavam caindo, quando o sistema girava. Esse problema foi resolvido colocando proteções laterais para evitar que caiam. No sistema em tamanho real este problema está descartado pelo fato dele possuir polias, onde as correias ficam dentro do canal. Tal diferença pode ser vista na Figura 33. Figura 33 Diferença entre a engrenagem do protótipo (A) e a polia do projeto (B) Fonte: Próprio autor Outro problema para a realização dos testes foi em ligar o motor, pois o mesmo era um motor de passo que possuía 4 bobinas, onde não foi possível identificá-las de imediato. Após um tempo foi possível identificar as bobinas do motor na sequencia correta, porém houve outro problema com a placa, onde não estava mandando a energia necessária para o funcionamento do motor. Após a identificação deste problema foi trocado alguns componentes e mesmo assim o problema persistiu, sendo necessário realizar uma revisão na

39 39 placa analisando todas as soldas, para que não houvesse curto circuito entre os componentes soldados. A Figura 34 mostra o modelo tridimensional em funcionamento nas etapas iniciais de teste. Figura 34 Enlonamento Fonte: Próprio autor A Figura 34 A mostra a lona do caminhão enrolada na lateral pronta para enlonar a carroceria. As setas indicam o sentido do giro das polias e o sentido em que a lona irá se mover. A Figura 34 B mostra a carroceria parcialmente coberta e a Figura 34 C mostra o modelo tridimensional totalmente coberto. Na Figura 35 pode ser visto o funcionamento do desenlonamento da carroceria, onde a carroceria está totalmente enlonada na Figura 35 C e vai descobrindo aos poucos como mostra a Figura 35 B até desenlonar-se totalmente como ilustra a Figura 35 A. Figura 35 Desenlonamento Fonte: Próprio autor

40 Avaliação da viabilidade financeira do protótipo a partir de um plano de negócios Para o projeto do sistema de enlonamento descrito, foi realizada uma pesquisa de mercado e desenvolvido um plano de negócios para a empresa fictícia chamada de Encobre. A partir disto, estipulou-se uma meta inicial de vendas para 40% da frota atual de caminhões da cidade de Panambi e 15 % de municípios vizinhos com perspectivas de expansão. Em seguida foi determinada a área necessária fabril para a fabricação do equipamento (aproximadamente 200m²) e a equipe necessária para a administração e fabricação do produto. Também foi desenvolvido um plano de marketing, definindo as propagandas e o modo do atendimento ao cliente. A propaganda seria um ponto bastante importante para a venda do produto por se tratar de uma fabrica nova no mercado e por ser um equipamento pouco conhecido pelas pessoas. Para tal divulgação da empresa foi estipulado usará como meio de divulgação a rádio FM, anúncios em revistas que atinjam o publico alvo da empresa, que é os caminhoneiros e investimento em banners e folhetos em locais frequentados diariamente por caminhoneiros, como postos de combustíveis e mercados. Por ultimo, foi desenvolvido o plano financeiro que continha todos os custos fixos e variáveis, os investimentos pré operacionais e fixos, o capital de giro necessário e a meta de vendas para que a empresa comece a obter lucro. Para cada item estavam contidos os dados detalhadamente. Na Tabela 2 pode ser vista a demonstração do resultado dos cálculos realizados sem detalhamento, apenas os valores totais. Tabela 2 - Demonstração de Resultado DISCRIMINAÇÃO VALOR R$ % 1. Receita Total R$ ,00 100,00 Vendas total R$ ,00 2. Custos Variáveis Total R$ ,00 Previsão de Custos (CMP e/ou CMV) R$ ,24 Simples nacional R$ 2.489,76 3. Margem de Contribuição R$ ,00

41 41 4. Custos Fixos Totais R$ ,29 Mão-de-Obra + Encargos R$ 5.000,00 Retirada dos Sócios (Pró-Labore) R$ 3.000,00 Imposto sobre pró-labore R$ 300,00 Água R$ 80,00 Energia R$ 200,00 Telefone R$ 250,00 Contador R$ 200,00 Despesas com Veículos R$ 1.000,00 Material de Expediente e Consumo R$ 50,00 Propaganda e Publicidade R$ 100,00 Depreciação R$ 308,29 Manutenção R$ 100,00 Ônibus, Táxis e Selos 0 Outros 800,00 5. Resultado Operacional (Lucro/Prejuízo) R$ , Resultado Líquido R$ , (+) Depreciação R$ 308, Disponibilidade R$ ,29 Quanto ao resultado financeiro calculado, percebeu-se que com um investimento total de R$91.707,11 a empresa teria uma receita total mensal de R$36.400,00. Considerando os custos fixos e variáveis, a empresa teria um lucro líquido de R$11.612,00 mensais. Isto quer

42 42 dizer que terá um índice de rentabilidade de 31,90%, além de Índice de lucratividade de 12,67%, e o tempo de retorno estimado em 8 meses. 3.6 Discussões Nesta seção foi apresentada a construção de um modelo tridimensional funcional em escala reduzida que representa as características do protótipo do sistema de enlonamento desenvolvido para caminhões. A partir deste modelo reduzido foi possível a realização de testes para avaliação do funcionamento. Também foi apresentada sucintamente uma análise da viabilidade financeira de produção do equipamento a partir de um plano de negócios.

43 43 CONCLUSÕES Com o mercado competitivo e a produção de produtos inovadores cada vez mais desafiadora, desenvolveu-se um projeto de um equipamento simples, barato e ágil. Os dispositivos hoje encontrados são dispositivos manuais e não são tão ágeis e ergonômicos. O sistema mecanizado proposto é um dispositivo que pretende diminuir os esforços exercidos pelo operador. Assim, os caminhoneiros podem ter maior facilidade em cobrir suas cargas sem precisar sair de dentro da cabine do caminhão, ganhando mais tempo para suas entregas e evitando acidentes ergonômicos. Na realização dos testes do modelo reduzido, pode-se notar que o sistema funcionou e que vale a pena desenvolver um protótipo em escala real. A partir do projeto proposto, elaborou-se um plano de negócios com valore aproximados, o qual pode, futuramente, ser melhor detalhado. Como perspectivas futuras de continuação do desenvolvimento do projeto, pode-se citar os seguintes pontos: Projeto e construção de proteções para as peças girantes ou móveis, de acordo com a NR 12 (Segurança no Trabalho em Máquinas e Equipamentos), principalmente para a transmissão de correias que ficam dispostas livremente na parte frontal da carroceria, podendo causar acidentes ao operador; Melhorias no projeto do módulo de controle e operação como, por exemplo, a implementação de sensores para desligar o sistema quando chega no seu fim de curso. Construção e testes do protótipo em escala real num caminhão; Utilizar um micro controlador para tornar o sistema Smart (inteligente), controlando a rapidez do enlonamento e desenlonamento; Utilização da tecnologia desenvolvida em outras aplicações, como por exemplo, em estufas e em equipamentos de pós-colheita; A implementação de controle remoto, para facilitar ainda mais a agilidade no cobrimento da carroceria; Projeto preliminar, envolvendo os cálculos de dimensionamento da potência do motor e dimensionamento das correias. Os resultados mostraram que é possível tal equipamento ser acoplado em carrocerias de caminhões. E contribuir para humanização do trabalho em atividades de pós-colheita e transporte de grãos, além do aumento da produtividade a medida que facilita e agiliza a colocação e retirada de lonas em carrocerias de caminhões.

44 44 REFERÊNCIAS BARCO NOVO. Outros. Disponível em: < Acesso em 06 de outubro de BRASIL. Código de Trânsito Brasileiro, de 23 de setembro de Disponível em: < Acesso em: 22 de fevereiro de DREAMSTIME. Disponível em: < Acesso em: 22 de fevereiro de ELITENET. Circuitos já prontos. Disponível em: < Acesso em 06 de outubro de LOCATELLI, G., VALDIERO, A. C. Projeto de um Sistema Automático para Enlonamento de Caminhões Agrícolas. In: XIX Congresso Nacional de Estudantes de Engenharia Mecânica - CREEM, 2012, São Carlos - SP. CREEM 2012., v.1. p.1-4 LONAMEC. Lonamec - Sistemas de Enlonamento. Disponível em: < Acesso em 02 de fevereiro de LTDA MARPA CONS. E ASSES. EMPRESA. STRACK, E. A.. Sistema de enlonamento mecânico. Brasil patente BR. n. UM , 20 maio 2004, 16 de maio de MILLER, Industrial Solutions. Catálogo de produtos: correias V e roldanas. Disponível em: < Acesso em: 22 de fevereiro de NORMA REGULAMENTADORA. Segurança no Trabalho em Máquinas e Equipamentos, de 17 de dezembro de Disponível em: < 12%20(atualizada%202010).pdf>. Acesso em: 16 de janeiro de 2013.

45 45 NOTICIAS AGRÍCOLAS. Transporte de grãos por rodovia gera prejuízos. Disponível em: < Acesso em de 22 fevereiro de PULSAR IMAGENS. Enlonamento de caminhão carregado de milho na área rural de Capão Bonito do Sul. Disponível em: < 3&total_foto=1326>. Acesso em 22 de fevereiro de TUISSE, G. M.. Dispositivo para enlonar carrocerias ou caçambas diversas. Brasil patente BR. n. PI , 23 abril 2001, 16 de dezembro de VALDIERO, A. C.. Inovação e desenvolvimento do projeto de produtos industriais. Ijuí: UNIJUÍ, Programa de incentivo à produção docente: Coleção Cadernos Unijuí - Série Tecnologia Mecânica n. 2. VISE LONA. Enlonamento VISE Lateral. Disponível em: < Acesso em 02 de fevereiro de 2012.

46 Apêndice A Pedido de patente do sistema para enlonamento de caminhões 46

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