Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerias - CEFET-MG

Curso: Engenharia Mecânica

Disciplina: LACTEA – Introdução à Prática Experimental

Professor: Ronaldo Marchezini

Breno Veloso Leite Damasceno

Bruna Nunes Nogueira

Gabriel Viana

João Víctor Penêdo Sena

Plataforma Retrátil do Metrô – Relatório Final

Belo Horizonte – MG

30 de Novembro de 2015

1. Introdução

O metrô é um transporte público utilizado em larga escala no Brasil, e suas

estações nem sempre oferecem segurança aos usuários. Pensando nos diversos

acidentes causados pelo espaço entre o trem e a plataforma, onde, em situações de

superlotação, aumenta-se o risco de lesões, foi planejado um protótipo de uma

rampa deslizante, acionado por um motor de passo, que proporcionaria a entrada e

saída segura do trem, através do preenchimento do vão existente.

Foram utilizados os seguintes materiais na construção do protótipo: motor de

passo, Arduíno ,cremalheira, corrediça, botão, chapa para representar a plataforma

e madeira.

As ações do trabalho foram planejadas conforme o cronograma abaixo:

1ª semana: busca por peças e materiais; 2ª semana: medição do vão entre a plataforma e o metrô; 3ª e 4ª semanas: fixação da cremalheira na plataforma, da corrediça

no metrô e do motor; 5ª semana: instalação da parte elétrica; 6ª semana: teste de funcionamento; 7ª semana: correção de erros na execução do projeto; 8ª semana: entrega do relatório final e apresentação.

Foram previstas dificuldades na instalação dos circuitos elétricos, onde erros

poderiam resultar em perdas e danificações dos componentes elétricos, e no

funcionamento correto das corrediças, sendo necessária lubrificação e completa

fixação na plataforma. Por isso, estabeleceu-se um plano de monitoramento e

avaliação a partir da 3ª semana, a fim de corrigir imperfeições em tempo hábil para

entrega do projeto.

2. Objetivo

O projeto tem como objetivo evitar o maior número possível de acidentes no

fluxo de pessoas do metrô, atendendo, assim, a qualquer usuário em estações como

as descritas anteriormente.

Figura 1 - Esboço inicial do projeto

3. Procedimentos

Para realização do projeto foi elaborado um escopo contendo os materiais

necessários, as ações a serem efetuadas semanalmente e as possíveis dificuldades

encontradas durante a evolução do projeto.

A prática iniciou-se com a busca pelos materiais na internet, pesquisando-se

os melhores preços e qual tipo de motor atenderia melhor ao projeto. Realizou-se a

medição do vão entre a plataforma e o metrô, na estação Vila Oeste, onde foi

encontrado um valor aproximado de 20 cm. Ficou decidido pelo uso de um motor de

passo controlado por Arduíno, e, após aquisição desses itens, juntamente com a

cremalheira e engrenagem, iniciou-se um estudo da programação do motor,

culminando no funcionamento do mesmo.

Figura 2 - Esquematização da parte eletrônica

Foi feito um desenho da possível acoplagem do eixo do motor ao eixo da

engrenagem, que, após avaliação do professor, tornou-se a prioridade do grupo.

Figura 3 – Desenho da peça planejada

Conseguiu-se o material necessário para torneamento da peça e o

encaminhamento para realização do serviço pelos funcionários do Cefet, mas,

devido à demora na entrega, foi usada uma peça torneada por um dos alunos da

classe, fornecida ao grupo.

Figuras 4 e 5 - Acoplamento dos eixos

A chapa utilizada como plataforma foi colada na corrediça, e a cremalheira,

colada na plataforma, utilizando cola de contato. Construiu-se um suporte de

madeira para apoio da corrediça e fixação do motor, de modo que a engrenagem

encaixasse e deslizasse perfeitamente sobre a cremalheira. Por fim, foi realizado um

teste de funcionamento, e, com alguns ajustes na posição da corrediça, o projeto foi

finalizado.

Figura 6 – Montagem final

3.1. Código de programação da placa Arduino:

#include <Stepper.h> // Inclui a biblioteca do Arduino para o motor de passo.

const int stepsPerRevolution = 500;

Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8,9,10,11); // Declara as portas digitais 8,9,10,11 como saída para o motor.

void setup()

{

pinMode(4, INPUT); // Declara a porta digital 4 como entrada (para o botão que controla o sentido de rotação do motor)

pinMode(3, INPUT); // Declara a porta digital 3 como entrada (para a chave geral que liga ou desliga o sistema)

myStepper.setSpeed(50); // Declara a velocidade do motor

}

void loop()

{

if(digitalRead(3) == HIGH) // Se a chave geral estiver ligada

{

while(digitalRead(4) == HIGH) // Enquanto o botão estiver ativado

{

if(digitalRead(3)== HIGH) //Se a chave geral se mantiver ligada

{

myStepper.step(1024); // O eixo do motor gira uma volta completa nosentido horário.

if (digitalRead(3) == LOW) myStepper.step(0) ; // Se a chave geral for desligada, o motor para.

}

}

while(digitalRead(4) == LOW) // Enquanto o botão estiver desativado

{

if(digitalRead(3)== HIGH) //Se a chave geral se mantiver ligada

{

myStepper.step(-1024); // O eixo do motor gira uma volta completa no sentido anti-horário.

if(digitalRead(3)== LOW) myStepper.step(0); // Se a chave geral fordesligada, o motor para.

}

}

}

else // Se a chave geral estiver desligada

{

myStepper.step(0); // Não acontece nada.(Motor se mantém desligado)

}

}

3.2. Esquema de ligação da parte eletrônica do projeto:

Figura 7 - Esquematização da parte eletrônica

O motor que aciona a plataforma é controlado por meio de uma placa micro

controlador que, por sua vez, é controlada por meio de uma chave (I/0) e um botão.

Duas portas digitais da placa micro controladora foram selecionadas para

funcionar como entradas digitais. Estas entradas são as responsáveis por receber os

sinais digitais enviados pela chave e pelo botão.

A chave é utilizada no sistema como uma chave geral, que permite ligar ou

desligar o circuito com apenas um toque. Esta chave pode ser utilizada como chave

de emergência, em caso de algum tipo de acidente durante o funcionamento do

sistema, desligando-o.

O botão controla o sentido de rotação do eixo do motor, fazendo a

plataforma avançar em direção à estação ou retrair, voltando a sua posição original

(dentro do vagão).

O sistema funciona em loop infinito, podendo assim, repetir quantas vezes

for necessária a operação de avanço e retração da plataforma.

4. Produtos e resultados

Foi produzida uma plataforma para ser acoplada no trem do metrô,

diminuindo os riscos de acidentes durante o embarque e desembarque nos vagões.

A plataforma sairia de dentro do vagão, à medida que a porta se abrisse, em direção

à estação, cobrindo o vão ali existente.

Foi utilizado um motor de passo para movimentar uma corrediça com uma

chapa metálica acoplada, de modo a representar o funcionamento da plataforma

pensada para o metrô. Demonstrou-se, assim, a possibilidade de sanar o problema

gerado pelo vão existente entre o trem e a estação, que é causa de acidentes

diários.

Figuras 9,10 e 11 - Desenho final do projeto

4.1.0. Custos do projeto

Para a realização do projeto “Plataforma Retrátil do Metrô” foi construído um

protótipo em pequena escala da situação problema real (correspondente a uma

escala aproximada de 1:6), na qual a execução da plataforma retrátil demonstra

efetivamente como seria sua real utilização. Para tanto, foram feitas compras de

materiais e obtenção de outros, listados a seguir:

Materiais utilizados para construção do Protótipo:

Motor de Passo + Drive ULN2003..........................................R$ 24,90 Arduino Uno R3......................................................................R$109,90 Cabo USB 2.0.............................................................................R$6,90 Engrenagem Plástica (2 mm)......................................................R$2,50 Cremalheira Plástica (15 mm).....................................................R$5,00 Corrediça...................................................................................R$18,00 Jumpers.....................................................................................R$10,00 Madeiras......................................................................................R$9,00

Totalizando um custo de: R$186,20

4.1.1.Custo do projeto real:

Observando-se que o principal cliente para a compra do projeto seria aCompanhia Brasileira de Trens Urbanos (CBTU) o projeto deve sofrer adaptaçõespara a utilização em escala real. Porém, observando que seria mais proveitoso paraa Companhia utilizar o próprio sistema pneumático das portas do Metrô para poderfazer o acionamento da plataforma. Como descrito abaixo:

Figura 12 - Sistema Pneumático

Sendo:

P1 – Entrada do fluxo de ar comprimido;

OZ1 – Filtro de ar, lubrificador e regulador de pressão;

S1 – Válvula direcional acionada por botão (botão que acionará as portas);

1A – Atuador que será responsável por empurrar e puxar a plataforma;

O filtro de ar/lubrificador e regulador de pressão já são utilizados no metrô, assim

como a válvula acionada por botão. Os materiais necessários para a utilização real do

projeto em UMA PORTA do metrô serão:

Atuador Pneumático compacto 20mm de eixo.................. R$130,00

Mangueiras pneumáticas.....................................................R$9,00

Chapa de Alumínio galvanizado 2m x 1m..........................R$90,00

Totalizando um custo de: R$ 229,00 por porta do metrô

5. Conclusão

O projeto possibilitou solucionar o problema apresentado na situação

geradora, pois ilustra o funcionamento da plataforma capaz de cobrir o vão existente

entre o trem e a estação. Entretanto, como no metrô o acionamento das portas é

pneumático, o sistema montado pelo grupo utilizando motor e acionamento manual

não seria viável, servindo apenas como uma representação.

Durante a execução do projeto, a principal dificuldade encontrada pelo grupo

foi a de conseguir realizar a montagem de toda a estrutura da plataforma com os

conhecimentos próprios, sendo muitas vezes necessário buscar informações com

professores e outros alunos. Além disso, houve dificuldade em colocar todos os

membros do grupo em comum acordo com o projeto e com os meios para solucionar

os problemas encontrados. Apesar disso, o projeto foi concluído e atingiu o objetivo

esperado pelo grupo.

Figura 13 – Montagem final do projeto

6. Referências bibliográficas

MELCONIAN, Sarkis. ELEMENTOS DE MÁQUINAS. 9ª edição.

<http://blog.filipeflop.com/motores-e-servos/controlando-um-motor-de-passo-5v-com-

arduino.html> Acesso em Outubro de 2015.